Astrónomos se acercan a la señal que dio fin a la “era oscura” después del Big Bang

Astrónomos se acercan a una señal que ha viajado a través del Universo durante 12.000 millones de años, hecho que les acerca a comprender la vida y la muerte de las primeras estrellas.

En un artículo que se ha presentado en arXiv y que pronto será publicado en Astrophysical Journal, un equipo dirigido por Nichole Barry de la Universidad de Melbourne en Australia y el Centro de Excelencia ARD ASTRO 3D (All Sky Astrophysics in 3 Dimensions) informa sobre una mejora de 10 veces en los datos recogidos por el Murchison Widefield Array (MWA), que consiste en una colección de 4.096 antenas dipolo situadas en el remoto interior de Australia Occidental.

El MWA fue construido con el objetivo de detectar la radiación electromagnética emitida por hidrógeno neutro, que comenzó a funcionar en 2013, un gas que comprendía la mayor parte del universo infantil en el período en que la sopa de protones y neutrones desconectados que se generaron a causa el Big Bang comenzó disminuir su temperatura.

Finalmente, estos átomos de hidrógeno comenzaron a agruparse para formar las primeras estrellas existentes, iniciando una fase importante en la evolución del Universo, que se conoce como la Época de Reionización o EoR.

"Definir la evolución de la EoR es extremadamente importante para nuestra comprensión de la astrofísica y la cosmología", explica Barry. "Hasta ahora, sin embargo, nadie ha podido observarla. Estos resultados nos acercan mucho más a ese objetivo".

El hidrógeno neutro que dominaba el espacio y el tiempo antes y en el período inicial de la EoR irradiaba a una longitud de onda de unos 21 centímetros. Estirada ahora a algún lugar por encima de los dos metros por motivo de la expansión del Universo, la señal persiste, y detectarla es la mejor forma teórica de explorar las condiciones en los primeros días del Cosmos. Sin embargo, hacerlo es sumamente difícil.

"La señal que estamos buscando tiene más de 12.000 millones de años", explica la profesora asociada y coautora de ASTRO 3-D Cathryn Trott, del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía en la Universidad de Curtin en Australia Occidental.

"Es excepcionalmente débil y hay muchas otras galaxias entre ella y nosotros. Se interponen y dificultan la extracción de la información que buscamos".

Es decir, las señales registradas por el MWA, y otros dispositivos de búsqueda de EoR, como la Matriz de Reionización de la Epoca de Hidrógeno en Sudáfrica y la Matriz de Baja Frecuencia en los Países Bajos, son extremadamente desordenadas.

Con la utilización de 21 horas de datos sin procesar, el coautor principal Mike Wilensky, de la Universidad de Washington en los Estados Unidos, el doctor Barry, junto con sus colegas exploraron nuevas formas de refinar el análisis y excluir fuentes consistentes de contaminación de la señal, incluida la interferencia ultra débil generada por transmisiones de radio en la Tierra.

Como resultado obtuvieron un nivel de precisión que redujo de manera significativa el rango en el que la EoR pudo haber comenzado, introduciendo restricciones en casi un orden de magnitud.

"Realmente no podemos decir que este documento nos acerca más a fechar con precisión el inicio o el final de la EoR, pero descarta algunos de los modelos más extremos", dice el profesor Trott. "Que sucedió muy rápidamente ahora se descarta. Que las condiciones eran muy frías ahora también se descarta".

Según Barry, los resultados representaron no solo un paso adelante en la búsqueda global para explorar el Universo primario, sino que también establecieron un marco para futuras investigaciones.

"Tenemos alrededor de 3.000 horas de datos de MWA", explica, "y para nuestros propósitos, algunos de ellos son más útiles que otros. Este enfoque nos permitirá identificar qué bits son más prometedores y analizarlos mejor de lo que podríamos antes".