La luz de las primeras estrellas

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6600Cientos de miles de años después del Big Bang, reinaba la oscuridad. No había estrellas ni había galaxias. El espacio estaba ocupado por hidrógeno en estado neutro. Poco a poco, por efecto de la gravedad, empezó a acumularse más y más gas alrededor de las regiones más densas, en un proceso que duró decenas de millones de años, hasta que al final estas regiones se volvieron tan masivas que colapsaron sobre si mismas. Así es como las primeras estrellas iluminaron el universo primigenio unos 180 millones de años después de su nacimiento.

La luz de estas estrellas, desaparecidas hace miles de millones de años, es tan débil que hoy es imposible detectarla con telescopios convencionales. Desde hace mucho se ha buscando encontrarlas de forma indirecta, a partir de los efectos que tuvieron sobre el hidrógeno que las rodeaba. La radiación de estas estrellas habría alterado el comportamiento del gas, permitiendo que absorbiese una pequeña parte de radiación del fondo cósmico de microondas (la huella de radiación causada por el Big Bang), y causando una pequeña perdida de intensidad en esta radiación de fondo en la frecuencia correspondiente al tiempo en el que vivieron estas estrellas. Ahora, más de 13 800 millones de años después del Big Bang, hemos encontrado las huellas que esta primera generación de estrellas dejó en su paso por el universo.

El hallazgo ha sido publicado por un equipo de  científicos de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y el Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT), liderados por Judd D. Bowman, que han podido detectar esta pequeña diferencia en intensidad en la radiación de fondo usando la antena EDGES, en el Observatorio Murchison de Radioastronomía, de la Agencia Nacional de Ciencia de Australia. El instrumento recoge las señales de radio de todo el cielo del hemisferio sur, y permitió a los investigadores analizar su espectro en busca de pequeños cambios de potencia en función de la frecuencia de la onda. Esto permitió detectar las señales provenientes del hidrógeno primordial que ocupaba el universo joven, y que existía entre las estrellas primigenias.

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El radio telescopio usado en el descubrimiento. Crédito: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation

Además de detectar el nacimiento de estas estrellas, el equipo de Bowman ha podido datar la muerte de esta generación de estrellas, aproximadamente 250 millones de años después del Big Bang. En ese momento el baño de rayos-X causado por las supernovas que marcaron la muerte de esas estrellas elevó la temperatura del gas, haciendo desaparecer la señal.

La aparición de las primeras estrellas es uno de los momentos claves en la historia de nuestro universo. Moldearon la materia a su alrededor, y con su muerte crearon el caldo de cultivo para las estrellas modernas. Entender como se formaron estas estrellas, como eran, y como desaparecieron, es un paso clave para entender la evolución del universo.

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An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum – Judd D. Bowman, Alan E.E. ROgers, Raul A. Monsalve, Thomas J. Mozdzen & Nivedita Mhesh  (Nature 2018)