Así nacieron las primeras estrellas: sólo 180 millones de años después del Big Bang

Por primera vez, un equipo de astrónomos ha detectado una señal de estrellas emergentes en el universo más precoz. Usando una antena de radio no mucho más grande que un refrigerador, los investigadores descubrieron que las antiguas estrellas estaban activas sólo 180 millones de años después del Big Bang.

Los astrónomos, de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), hicieron el descubrimiento dentro de su experimento Global Signature Epo (Epoch of Reionization) Signature (EDGES), financiado por la National Science Foundation (NSF). 

Los resultados se han publicado en la edición de marzo de Nature. "Encontrar esta señal minúscula ha abierto una nueva ventana hacia el universo temprano", dice el astrónomo Judd Bowman de la Universidad de Arizona, el investigador principal del proyecto. "Los telescopios no pueden ver lo suficiente como para obtener imágenes directas de estrellas antiguas, pero hemos visto cuando se activaron en ondas de radio que llegaban del espacio".

Los modelos del universo más antiguo dan a entender que tales estrellas eran masivas, azules y de corta duración. Sin embargo, debido a que los telescopios no pueden verlos, los astrónomos han estado buscando evidencia indirecta, como un cambio revelador en la radiación electromagnética de fondo que impregna el universo, llamada fondo de microondas cósmico (CMB).

Una línea del tiempo actualizada con los nuevos hallazgos. N.R.Fuller, National Science Foundation

Tales caídas ocurren en longitudes de onda entre 65 y 95 MHz, superponiéndose con algunas de las frecuencias más ampliamente utilizadas en el dial de radio FM, así como con ondas de radio que emanan naturalmente de la galaxia de la Vía Láctea. "Hay un gran desafío técnico para hacer esta detección", dice Peter Kurczynski, director del programa NSF que supervisó los fondos para EDGES. "Las fuentes de ruido pueden ser 10.000 veces más brillantes que la señal, es como estar en medio de un huracán y tratando de escuchar el aleteo del ala de un colibrí ".

A pesar de los obstáculos, los astrónomos confiaban en que sería posible encontrar tal señal, gracias a investigaciones previas que indicaban que las primeras estrellas liberaron enormes cantidades de luz ultravioleta (UV). Esa luz interactuó con los átomos de hidrógeno flotantes, que comenzaron a absorber los fotones CMB circundantes.

"Uno empieza a ver el gas de hidrógeno en el contorno de frecuencias de radio particulares", dice el coautor Alan Rogers del Haystack Observatory del MIT. "Esta es la primera señal real de que las estrellas comienzan a formarse y comienzan a afectar al medio que las rodea".

El espectómetro EDGES, situado en Australia. CSIRO Australia

En su artículo, el equipo de EDGES informó de que había visto una señal clara en los datos de ondas de radio, detectando una caída en la intensidad de CMB cuando comenzó ese proceso. A medida que la fusión estelar continuó, la luz UV resultante comenzó a desgarrar los átomos de hidrógeno flotando libremente, eliminando sus electrones en un proceso llamado ionización. Cuando las primeras estrellas murieron, los agujeros negros, las supernovas y otros objetos que dejaron continuaron el proceso de ionización y calentaron el hidrógeno libre restante con rayos X, que con el tiempo extinguieron la señal. Los datos EDGES revelan que el hito ocurrió aproximadamente 250 millones de años después del Big Bang.

Un segundo estudio publicado en el mismo número de la revista sugiere que el gas se enfrió por la interacción del hidrógeno con algo aún más frío: la materia oscura. Según la señal observada, los autores argumentan que las partículas de materia oscura no es más pesada que varias masas de protones.