El Big Bang pudo haber sido brillante y dramático, pero inmediatamente después de eso, el universo se oscureció y durante mucho tiempo. Los científicos creen que las primeras estrellas aparecieron en un caldo fangoso de materia 200 millones de años después del inicio en caliente. Dado que los telescopios modernos no son lo suficientemente sensibles para observar la luz de estas estrellas directamente, los astrónomos están buscando evidencia indirecta de su existencia.
Y así, un equipo de científicos logró captar una señal débil de estas estrellas utilizando una antena de radio del tamaño de una mesa llamada EDGES. Mediciones espectaculares, que abren una nueva ventana al universo temprano, muestran que estas estrellas aparecieron 180 millones de años después del Big Bang. El trabajo publicado en Nature también sugiere que los científicos pueden repensar de qué está hecha la "materia oscura", un tipo misterioso de materia invisible.
norte
Los modelos mostraron que las primeras estrellas en iluminar el universo eran azules y de corta duración. Sumergieron el universo en un baño de luz ultravioleta. La primera señal observable de este amanecer cósmico se ha considerado durante mucho tiempo como una "señal de absorción", una caída en el brillo en una longitud de onda particular, causada por el paso de la luz y que afecta las propiedades físicas de las nubes de gas hidrógeno, el elemento más abundante del universo.
Sabemos que esta caída debe detectarse en la parte de ondas de radio del espectro electromagnético a una longitud de onda de 21 cm.
Medida compleja
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Al principio había una teoría que predijo todo esto. Pero en la práctica, encontrar tal señal es extremadamente difícil. Esto se debe a que se entrelaza con muchas otras señales en esta región del espectro que son mucho más fuertes, por ejemplo, las frecuencias comunes de transmisiones de radio y ondas de radio de otros eventos en nuestra galaxia. La razón por la que los científicos tuvieron éxito fue en parte porque el experimento estaba equipado con un receptor sensible y una pequeña antena, lo que le permitía cubrir una gran área del cielo con relativa facilidad.
Para asegurarse de que cualquier caída en el brillo que encontraron se debía a la luz de las estrellas del universo temprano, los científicos observaron el cambio Doppler. Usted está familiarizado con este efecto por la bajada del tono cuando pasa un automóvil con una luz intermitente y una sirena. Asimismo, a medida que las galaxias se alejan de nosotros debido a la expansión del universo, la luz se desplaza hacia longitudes de onda rojas. Los astrónomos llaman a este efecto "corrimiento al rojo".
El corrimiento al rojo les dice a los científicos qué tan lejos está una nube de gas de la Tierra y cuánto tiempo atrás, según los estándares cósmicos, se emitió luz desde ella. En este caso, cualquier cambio de brillo esperado a 21 cm de longitud de onda indicará el movimiento y la distancia del gas. Los científicos midieron la caída de brillo que se produjo en diferentes períodos cósmicos de tiempo, hasta el momento en que el universo tenía solo 180 millones de años, y lo compararon con su estado actual. Era la luz de las primeras estrellas.
Hola materia oscura
La historia no termina ahí. Los científicos se sorprendieron al descubrir que la amplitud de la señal era el doble de lo predicho. Esto sugiere que el gas hidrógeno estaba mucho más frío de lo esperado por el fondo de microondas.
Estos resultados se publicaron en otro artículo en Nature y arrojaron un anzuelo para los físicos teóricos. Esto se debe a que, según la física, queda claro que en este momento de la existencia del universo, el gas era fácil de calentar, pero difícil de enfriar. Para explicar el enfriamiento adicional asociado con la señal, el gas tuvo que interactuar con algo aún más frío. Y lo único más frío que el gas cósmico en el universo primitivo era la materia oscura. Los teóricos deben decidir ahora si pueden extender el modelo estándar de cosmología y física de partículas para explicar este fenómeno.
Sabemos que hay cinco veces más materia oscura que materia ordinaria, pero no sabemos de qué está hecha. Se han propuesto varias variantes de partículas que podrían formar materia oscura, y la favorita entre ellas es la partícula masiva de interacción débil (WIMP).
Sin embargo, el nuevo estudio sugiere que la partícula de materia oscura no debería ser mucho más pesada que el protón (que ingresa al núcleo atómico junto con el neutrón). Esto está muy por debajo de las masas previstas para el WIMP. El análisis también sugiere que la materia oscura es más fría de lo esperado y abre una oportunidad fascinante para utilizar la "cosmología de 21 cm" como sonda para la materia oscura en el universo. Nuevos descubrimientos con receptores más sensibles y menos interferencia de la radio terrestre podrían revelar más detalles sobre la naturaleza de la materia oscura y quizás incluso indicar la velocidad a la que se mueve.
Ilya Khel
