Científicos exploran las primeras galaxias en busca de una misteriosa señal

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Captura de las primeras galaxias por el telescopio Hubble de la NASA/ESA Crédito: NASA Goddard
Captura de las primeras galaxias por el telescopio Hubble de la NASA/ESA Crédito: NASA Goddard

Comprender el Universo primitivo, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, es uno de los principales objetivos de los nuevos observatorios. Gracias a los datos obtenidos por el radiotelescopio SARAS3 de la India, científicos de la Universidad de Cambridge arrojaron luz sobre el Universo primitivo, apenas 200 millones de años después del Big Bang. Además, pudieron situar estos límites en las galaxias más tempranas al no encontrar la señal que buscaban, conocida como línea de hidrógeno de 21 centímetros.

La no detección permitió a los científicos sacar otras conclusiones sobre el amanecer cósmico, poniendo límites a las primeras galaxias y permitiéndoles descartar posibilidades como que las galaxias fueran a la vez emisores de radio eficaces y calentadores de gas cósmico ineficaces.

Los resultados son una prueba de concepto que allana el camino para comprender este periodo del desarrollo del Universo.

Se espera que el proyecto SKA, en el que participan dos telescopios de nueva generación, pueda captar imágenes del Universo primitivo. Sin embargo, el problema para los telescopios actuales es encontrar la señal cosmológica de las primeras estrellas, que es re-radiada por las densas nubes de hidrógeno.

Para detectar la línea de 21 centímetros, los astrónomos buscan una señal de radio producida por los átomos de hidrógeno del Universo primitivo, afectados por la luz de las primeras estrellas y la radiación que hay detrás de la niebla de hidrógeno. Los resultados del análisis de SARAS3 son la primera vez que las observaciones de radio de la línea de 21 centímetros promediada han podido proporcionar una visión de las propiedades de las primeras galaxias en forma de límites de sus principales propiedades físicas.

Harry Bevins, estudiante de doctorado del Laboratorio Cavendish de Cambridge y autor principal del trabajo, dijo: "Estábamos buscando una señal con una determinada amplitud. Pero al no encontrar esa señal, podemos limitar su profundidad. Eso, a su vez, empieza a informarnos sobre el brillo de las primeras galaxias".

Nuestro análisis demostró que la señal de hidrógeno podía informarnos sobre la población de las primeras estrellas y galaxias", afirmó la Dra. Anastasia Fialkov, coautora del Instituto de Astronomía de Cambridge. "Nuestro análisis pone límites a algunas de las propiedades clave de las primeras fuentes de luz, incluyendo las masas de las primeras galaxias y la eficiencia con la que estas galaxias pueden formar estrellas. También abordamos la eficiencia con la que estas fuentes emiten radiación de rayos X, radio y ultravioleta".

El Dr. Eloy de Lera Acedo, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, que codirigió la investigación, dijo: "Este es un primer paso para nosotros en lo que esperamos sea una década de descubrimientos sobre cómo el Universo pasó de la oscuridad y el vacío al complejo reino de las estrellas, galaxias y otros objetos celestes que podemos ver desde la Tierra hoy en día."

"Nuestros datos también revelan algo que se había insinuado antes, y es que las primeras estrellas y galaxias podrían haber tenido una contribución medible a la radiación de fondo que apareció como resultado del Big Bang y que ha estado viajando hacia nosotros desde entonces", dijo de Lera Acedo. "También estamos estableciendo un límite a esa contribución."

"Es increíble poder mirar tan atrás en el tiempo -hasta sólo 200 millones de años después del Big Bang- y aprender sobre el Universo primitivo", dijo Bevins."

Fuentes, créditos y referencias:

H. T. J. Bevins et al. ‘Astrophysical constraints from the SARAS 3 non-detection of the cosmic dawn sky-averaged 21-cm signal.’ Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01825-6

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