Un equipo de astrónomos ha desarrollado un método que les permitirá «ver» a través de la niebla del Universo primitivo y detectar la luz de las primeras estrellas y galaxias.
Un equipo de astrónomos ha desarrollado un método que les permitirá ‘ver’ a través de la niebla temprana Universo y detectar la luz de las primeras estrellas y galaxias.
Los investigadores, liderados por la Universidad de Cambridge, han desarrollado una metodología que les permitirá observar y estudiar las primeras estrellas a través de las nubes de hidrógeno que llenaron el Universo unos 378.000 años después del Big Bang.
Observar el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias ha sido un objetivo de los astrónomos durante décadas, ya que ayudará a explicar cómo evolucionó el Universo desde el vacío después del Big Bang hasta el complejo reino de los objetos celestes que observamos hoy, 13.800 millones de años después.
El Square Kilometre Array (SKA) – una nueva generación telescopio debería completarse para fines de la década: probablemente podrá captar la luz más antigua del Universo, pero para los telescopios actuales el desafío es detectar la señal del estrellas a través de las espesas nubes de hidrógeno.
Se espera que la señal que los astrónomos intentan detectar sea aproximadamente 1 cien mil veces más débil que otros radio señales también del cielo, por ejemplo, radio señales que se originan en nuestra propia galaxia.
El mismo uso de un radiotelescopio introduce distorsiones en la señal recibida, lo que puede oscurecer completamente la señal cosmológica de interés. Esto se considera un desafío de observación extremo en la radiocosmología moderna. Tales distorsiones relacionadas con los instrumentos se identifican comúnmente como el principal cuello de botella en este tipo de observación.
Ahora, el equipo dirigido por Cambridge ha desarrollado una metodología para ver a través de las nubes primordiales y otros cielos. ruido señales, evitando el efecto nocivo de las distorsiones introducidas por el radiotelescopio. Su metodología, parte del experimento REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), permitirá a los astrónomos observar estrellas más viejas a través de su interacción con nubes de hidrógeno, de la misma manera que inferimos un paisaje al observar sombras en la neblina.
Su método mejorará la calidad y confiabilidad de las observaciones de radiotelescopios que observan este momento clave inexplorado en el desarrollo del Universo. Las primeras observaciones de REACH se esperan para finales de este año.
Los resultados fueron publicados hoy en la revista Nature Astronomy.
«En el momento en que se formaron las primeras estrellas, el Universo estaba prácticamente vacío y compuesto principalmente de hidrógeno y helio», dijo Eloy de Lera Acedo del Laboratorio Cavendish de Cambridge, autor principal del artículo.
Agregó: “Debido a la gravedad, los elementos eventualmente se juntaron y las condiciones fueron adecuadas para la fusión nuclear, que es lo que formó las primeras estrellas. Pero estaban rodeadas por nubes del llamado hidrógeno neutro, que absorben muy bien la luz”. por lo que es difícil detectar u observar directamente la luz detrás de las nubes».
En 2018, otro grupo de investigación (que ejecutaba el ‘Experimento para detectar la época global de la firma de reionización’, o EDGES, publicó un resultado que sugería una posible detección de esta luz más antigua, pero los astrónomos no pudieron repetir el resultado, lo que los llevó a cree que el resultado original puede deberse a la interferencia del telescopio que se está utilizando.
«El resultado original requeriría una nueva física para explicarlo, debido a la temperatura del gas hidrógeno, que debe ser mucho más fría de lo que permitiría nuestra comprensión actual del Universo. Alternativamente, una temperatura más alta inexplicable de la radiación de fondo, que normalmente se supone que es el conocido fondo cósmico de microondas podría ser la causa», dijo de Lera Acedo.
Y agregó: «Si podemos confirmar que la señal encontrada en ese experimento anterior realmente era de las primeras estrellas, las implicaciones serían enormes».
Para estudiar este período en el desarrollo del Universo, a menudo denominado Amanecer Cósmico, los astrónomos estudian la línea de 21 centímetros, una firma de radiación electromagnética del hidrógeno en el Universo primitivo. Buscan una señal de radio que mida el contraste entre la radiación de hidrógeno y la radiación detrás de la neblina de hidrógeno.
La metodología desarrollada por de Lera Acedo y sus colegas utiliza estadísticas bayesianas para detectar una señal cosmológica en presencia de interferencia del telescopio y ruido general del cielo, de modo que las señales puedan separarse.
Para ello, se necesitaban técnicas y tecnologías de vanguardia en diferentes áreas.
Los investigadores utilizaron simulaciones para imitar una observación real utilizando varias antenas, lo que mejora la fiabilidad de los datos: las observaciones anteriores se basaban en una sola antena.
«Nuestro método analiza datos de múltiples antenas juntas y en una banda de frecuencia más amplia que los instrumentos actuales equivalentes. Este enfoque dará nosotros información necesaria para nuestro análisis de datos bayesianos», dijo de Lera Acedo.
Agregó: «En esencia, nos olvidamos de las estrategias de diseño tradicionales y, en cambio, nos enfocamos en diseñar un telescopio que se adaptara a la forma en que planeamos analizar los datos, algo así como un diseño inverso, el momento de la reionización, cuando el hidrógeno en el Universo ha sido reionizado. .»
La construcción del telescopio se está completando en la reserva de radio de Karoo en Sudáfrica, un lugar elegido por sus excelentes condiciones para las observaciones de radio del cielo. Está lejos de la interferencia de radiofrecuencia hecha por el hombre, por ejemplo TELEVISOR y señales de radio FM.
El equipo REACH de más de 30 investigadores es multidisciplinar y está distribuido por todo el mundo, con expertos en áreas como cosmología teórica y observacional, diseño de antenas, instrumentación de radiofrecuencia, modelado numérico, procesamiento digital, big data y estadística bayesiana. REACH está codirigido por la Universidad de Stellenbosch en Sudáfrica.
El profesor de Villiers, colíder del proyecto en la Universidad de Stellenbosch en Sudáfrica, dijo: «Si bien la tecnología de antena utilizada para este instrumento es bastante simple, el entorno de implementación remoto y severo y las estrictas tolerancias requeridas en la fabricación hacen de este un un proyecto muy desafiante para trabajar».
Agregó: «Estamos muy emocionados de ver cómo funciona el sistema y tenemos plena confianza en que haremos esta detección difícil de alcanzar».
