Radio: Escuchando al hidrógeno desde el Big Bang

Luego del Big Bang ocurrido hace 13 mil millones de años, el universo quedó envuelto en la oscuridad absoluta. Basándose en observaciones de radiaciones remanentes del Big Bang, los astrónomos han especulado con que varios cientos de millones de años después de ocurrido este evento, la gravedad causada por las partículas de hidrógeno y helio llevaron a estos elementos a condensarse en nubes. La energía generada por esta actividad finalmente “encendió” las nubes poniendo en marcha una cadena de acontecimientos que llevaron al nacimiento de las primeras estrellas. Los astrónomos creen que las ondas de radio generadas por la ionización del hidrógeno pueden develar, con una exactitud importante , el tiempo transcurrido desde el Big Bang.

Aunque la transición entre la llamada edad oscura cósmica y el nacimiento de las estrellas – galaxias podría explicar el origen y evolución de muchos objetos celestes, los astrónomos saben muy poco acerca de este período. De manera reciente, dos astrónomos realizaron un experimento para tratar de aprender más acerca de este período de transición, que se conoce como la Época de Re-ionización, o EOR (Epoch of Reionization). Debido a que la identificación certera de cualquier indicio de luz originado por la formación de las primeras galaxias es casi imposible, Alan Rogers, investigador del Observatorio Haystack del MIT y Judd Bowman, profesor asistente en la Universidad Estatal de Arizona, están centrado sus esfuerzos en la detección de las ondas de radio emitidas por las nubes de hidrógeno que existían antes de la formación de las primeras galaxias. Algunas de estas ondas de radio no sólo que nos llegan hasta el día de hoy sino que demás, los astrónomos han teorizado sobre ciertas características de estas ondas de radio,  las que podrían darnos muchas pistas acerca de la EOR.

Cuando las primeras estrellas comenzaron a formarse durante la EOR, su radiación ultravioleta (en forma de luz) comenzó a excitar a los átomos de hidrógeno ubicados en sus cercanías, golpeando y expulsando los electrones de sus últimas órbitas, otorgándoles una carga eléctrica positiva. Este proceso, conocido como ionización, es importante para los cosmólogos ya que marca un momento crucial en la transición entre el inicio del universo, que contenía sólo hidrógeno y helio y el universo de hoy que está lleno de galaxias distintas, planetas y agujeros negros. Averiguar con exactitud cuándo (y durante cuánto tiempo) esta ionización tuvo lugar es un paso muy importante para confirmar o modificar los actuales modelos de la evolución del universo.

Para entender más acerca de este período, los investigadores centraron sus estudios sobre la frecuencia de la radiación emitida por el hidrógeno no ionizado, o en estado neutro. En concreto, la observación apunta a estudiar y analizar cómo la señal cambia con el paso del tiempo, lo que indicaría el intervalo temporal que pudo haber tomado la transición de un hidrógeno no ionizado a otro ionizado logrando como consecuencia el nacimiento de estrellas y galaxias. Tal como informaron los investigadores en un artículo publicado el mes pasado en la revista Nature, tomó al menos 5 millones de años para que el hidrógeno no ionizado tomara un estado de ionización suficiente para la tarea de la creación de los cuerpos celestes. Esta teoría afirma entonces que el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias tomó la misma cantidad de tiempo (o más) hasta convertirse en las estrellas y galaxias que hoy reconocemos.

Este hallazgo no ha sorprendido al astrónomo de Harvard, Abraham (Avi) Loeb, quien afirma en sus trabajos que muchos modelos indican que la EOR se prolongó durante varios cientos de millones de años. Aun así, el estudio es importante porque proporciona los primeros resultados “de observación” sobre la EOR, un área de investigación que Loeb llama “la gran frontera" de la astronomía en la próxima década. “Al demostrar los resultados de las observaciones realizadas sobre estas ondas de radio antiguas, Rogers y Bowman han abierto una  ventana para el uso de esta técnica sencilla en paralelo con instrumentos más sofisticados”, dice Loeb. Para refinar las estimaciones y mejorar las cifras a una mínima tasa de error, Loeb sugiere que los investigadores podrían optimizar las calibraciones y ajustes de las antenas con el fin de evitar posibles interferencias producidas por el propio instrumento de medición.

Rogers y Bowman esperan implementar un sistema de calibración mejorada a finales de este mes de enero. Además de este estudio, estos astrónomos participan en el desarrollo de un radio-telescopio de gran tamaño que intentará realizar mediciones mucho más sofisticadas y depuradas de la EOR. Conocida como Murchison Widefield Array, el radio-telescopio constará de 512 antenas "azulejos" (tiles) que tratarán de descubrir los fenómenos de baja frecuencia de radio para ayudar a revelar detalles acerca de cómo se formaron y evolucionaron las galaxias. Vale aclarar que estos estudios de Rogers y de Bowman son apoyados por la National Science Foundation y la NASA.