El satélite Planck de la ESA ha revelado que las primeras estrellas en el Universo comenzaron a formarse más tarde de lo que indicaron las observaciones previas del Fondo Cósmico de Microondas. Este nuevo análisis también muestra que estas estrellas fueron las únicas fuentes necesarias para explicar la reionización de los átomos en el cosmos, teniendocompletó la mitad de este proceso cuando el Universo había alcanzado una edad de 700 millones de años.
Con la multitud de estrellas y galaxias que pueblan el Universo actual, es difícil imaginar cuán diferente era nuestro cosmos de 13.800 millones de años cuando solo tenía unos pocos segundos. En esa fase temprana, era una sopa primordial caliente y densa departículas, principalmente electrones, protones, neutrinos y fotones, las partículas de luz.
En un ambiente tan denso, el Universo apareció como una niebla 'opaca', ya que las partículas de luz no podían viajar una distancia significativa antes de chocar con los electrones.
A medida que el cosmos se expandió, el Universo se volvió más frío y más raro y, después de unos 380,000 años, finalmente se volvió 'transparente'. Para entonces, las colisiones de partículas eran extremadamente esporádicas y los fotones podían viajar libremente a través del cosmos.
Hoy, telescopios como Planck pueden observar esta luz fósil en todo el cielo como el Fondo Cósmico de Microondas, o CMB. Su distribución en el cielo revela pequeñas fluctuaciones que contienen una gran cantidad de información sobre la historia, composición y geometría del Universo.
La liberación del CMB ocurrió en el momento en que los electrones y los protones se unieron para formar átomos de hidrógeno. Este es el primer momento en la historia del cosmos cuando la materia estaba en un estado eléctricamente neutro.
Después de eso, pasaron unos cientos de millones de años antes de que estos átomos pudieran ensamblarse y finalmente dar lugar a la primera generación de estrellas del Universo.
Cuando estas primeras estrellas cobraron vida, llenaron sus alrededores de luz, que posteriormente separó los átomos neutros, convirtiéndolos de nuevo en sus partículas constituyentes: electrones y protones. Los científicos se refieren a esto como la "época de reionización".no toma mucho tiempo para que la mayoría del material en el Universo se ionice por completo y, excepto en muy pocos lugares aislados, ha sido así desde entonces.
Las observaciones de galaxias muy distantes que albergan agujeros negros supermasivos indican que el Universo había sido reionizado por completo cuando tenía unos 900 millones de años. Sin embargo, el punto de partida de este proceso es mucho más difícil de determinar y ha sido un debate acaloradotema en los últimos años.
"El CMB puede decirnos cuándo comenzó la época de la reionización y, a su vez, cuándo se formaron las primeras estrellas en el Universo", explica Jan Tauber, científico del proyecto Planck en la ESA.
Para realizar esta medición, los científicos explotan el hecho de que una fracción del CMB está polarizada: parte de la luz vibra en una dirección preferida. Esto resulta de los fotones CMB rebotando en los electrones, algo que sucedió con mucha frecuencia en la sopa primordial,antes de que se liberara el CMB, y luego nuevamente, después de la reionización, cuando la luz de las primeras estrellas trajo electrones libres de regreso al escenario cósmico.
"Es en las pequeñas fluctuaciones de la polarización CMB que podemos ver la influencia del proceso de reionización y deducir cuándo comenzó", agrega Tauber.
Una primera estimación de la época de la reionización vino en 2003 de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA WMAP, lo que sugiere que este proceso podría haber comenzado temprano en la historia cósmica, cuando el Universo tenía solo un par de cientos de millones de años. Este resultadofue problemático, porque no hay evidencia de que alguna estrella se haya formado para entonces, lo que significaría postular la existencia de otras fuentes exóticas que podrían haber causado la reionización en ese momento.
Esta primera estimación pronto se corregirá, ya que los datos posteriores de WMAP llevaron el tiempo de inicio a épocas posteriores, lo que indica que el Universo no se había reionizado significativamente hasta al menos unos 450 millones de años en su historia.
Esto facilitó, pero no resolvió por completo el acertijo: aunque se observó que la primera de las primeras estrellas ya estaba presente cuando el Universo tenía entre 300 y 400 millones de años, no estaba claro si estas estrellas eran los principales culpables de la reionizacióncompletamente el cosmos o si fuentes adicionales más exóticas también deben haber jugado un papel.
En 2015, la Colaboración de Planck proporcionó nuevos datos para abordar el problema, moviendo la época de reionización aún más tarde en la historia cósmica y revelando que este proceso estaba a mitad de camino cuando el Universo tenía alrededor de 550 millones de años. El resultado fue basadoen los primeros mapas todo-cielo de Planck de la polarización CMB, obtenidos con su Instrumento de baja frecuencia LFI.
Ahora, un nuevo análisis de datos del otro detector de Planck, el Instrumento de alta frecuencia HFI, que es más sensible a este fenómeno que cualquier otro hasta ahora, muestra que la reionización comenzó incluso más tarde, mucho más tarde que cualquier dato anteriorhan sugerido.
"Las mediciones altamente sensibles de HFI han demostrado claramente que la reionización fue un proceso muy rápido, comenzando bastante tarde en la historia cósmica y habiendo reionizado a medias el Universo cuando tenía unos 700 millones de años", dice Jean-Loup Pugetdel Institut d'Astrophysique Spatiale en Orsay, Francia, investigador principal de la HFI de Planck.
"Estos resultados ahora nos están ayudando a modelar el comienzo de la fase de reionización"
"También hemos confirmado que no se necesitan otros agentes, además de las primeras estrellas, para reionizar el Universo", agrega Matthieu Tristram, científico de Planck Collaboration en el Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire en Orsay, Francia.
El nuevo estudio ubica la formación de las primeras estrellas mucho más tarde de lo que se pensaba anteriormente en la línea de tiempo cósmica, lo que sugiere que la primera generación de galaxias está dentro del alcance de la observación de las futuras instalaciones astronómicas, y posiblemente incluso algunas actuales.
De hecho, es probable que algunas de las primeras galaxias ya se hayan detectado con exposiciones prolongadas, como el Campo Ultra Profundo Hubble observado con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, y será más fácil de lo esperado capturar muchasmás con futuros observatorios como el telescopio espacial James Webb de NASA / ESA / CSA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Agencia Espacial Europea ESA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cita esta página :