Se han restado más de 100 millones de años a la edad de las primeras estrellas , pero aún queda la pregunta de qué ocurrió durante los primeros mil millones de años del universo.
A principios de este mes, el equipo de la misión Planck de la Agencia Espacial Europea anunció que las primeras estrellas se formaron unos 560 millones de años después del Big Bang.
Esto es aproximadamente 140 millones de años más tarde de lo que se pensaba. Es un resultado interesante porque nos ayuda a comprender cómo se formaron y evolucionaron estructuras como las estrellas y las galaxias después del Big Bang.
El equipo de Planck estudiaba la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang, origen de nuestro universo. La CMB puede rastrearse hasta acontecimientos que ocurrieron apenas unos 380.000 años después del Big Bang.
Desde el descubrimiento de la CMB, hace unos 50 años, los astrofísicos la han analizado para comprender mejor la evolución temprana de nuestro universo, medir con precisión su edad (aproximadamente 13.800 millones de años) y ayudarnos a comprender que las leyes de la física no describen adecuadamente aproximadamente el 95 % del universo en que vivimos.
Poco después del Big Bang, casi toda la materia ordinaria creada adoptó la forma de protones y electrones que, tras 380.000 años, se asentaron en átomos de hidrógeno (cada átomo consta de un protón y un electrón unidos). El hidrógeno es el átomo más sencillo posible y el componente básico de todo lo que los seres humanos podemos ver y tocar en el universo (materia ordinaria).
El resultado de Planck significa que, durante los primeros 560 millones de años, bajo la influencia de la gravedad, este gas de hidrógeno colapsó y formó estrellas.
En el interior de las estrellas, los átomos de hidrógeno se combinan para formar helio, oxígeno, nitrógeno, carbono y otros elementos. Estos elementos terminan en nuevas estrellas, planetas, océanos, ADN, yacimientos de mineral de hierro y demás. Cosas bastante útiles para los seres humanos. Las estrellas son, de verdad, los motores de la vida.
¿Qué ocurrió después?
Pero actualmente sabemos poco sobre lo que sucedió después de que se formaran las primeras estrellas. Si avanzamos 500 millones de años en la historia del universo, sabemos que se estaban formando galaxias, porque podemos ver algunas, como UDFy-38135539, en los límites de alcance de telescopios potentes como el Telescopio Espacial Hubble.
Si avanzamos de nuevo, unos cuantos miles de millones de años más, el universo se parece mucho a como es ahora, 13.800 millones de años después del Big Bang.
Entonces, ¿cómo pasó exactamente el universo del hidrógeno a las estrellas, las galaxias y la vida?
Planck ha acotado el periodo para nosotros con un resultado fascinante: no hubo estrellas antes de aproximadamente 560 millones de años, y el universo empieza a resultar vagamente familiar unos 500 millones de años después.
Pero esos primeros mil millones de años siguen siendo el último gran periodo inexplorado de la evolución de nuestro universo (aparte de su futuro).
Entonces, ¿cómo podemos desvelar los misterios de esos años del universo temprano? Ni siquiera telescopios potentes como el Hubble pueden examinar la formación de las primeras estrellas, porque están demasiado lejos y son demasiado tenues, y las estrellas no producen luz visible hasta que se encienden.
La radioastronomía tiene la clave del universo temprano
Afortunadamente, los astrónomos cuentan con un conjunto distinto y potente de herramientas para resolver este problema. Los átomos de hidrógeno emiten ondas de radio con una longitud de onda específica de 21 cm (similar a la que utiliza el teléfono móvil).
El hidrógeno formado en el universo temprano produjo estas ondas de radio. Para cuando las ondas recorren toda la distancia hasta la Tierra, a través de un universo en expansión, su longitud de onda cambia de 21 cm a varios metros (similar a la que utiliza la radio FM).
Si podemos «sintonizar» las ondas de radio, podemos observar qué hace el gas de hidrógeno en el universo temprano, 100, 200, 500 millones o mil millones de años después del Big Bang.
Podemos observar cómo el gas de hidrógeno forma estrellas, cómo se distribuyen las estrellas, cuánto tardan en formarse, cuánta energía producen y cómo empiezan a formarse las galaxias.
Cuando las estrellas se encienden, su radiación descompone los átomos de hidrógeno que las rodean y deja un patrón de «queso suizo» (véase más abajo) en el gas que emite ondas de radio, que los astrónomos pueden detectar y analizar.
Las instalaciones de Australia están a la vanguardia
Este es un desafío que los astrónomos están afrontando ahora mediante la construcción de telescopios enormes capaces de recoger estas ondas de radio, como el Murchison Widefield Array (MWA).
El MWA está situado en el centro de Murchison Shire , en Australia Occidental, lejos de fuentes de interferencia de ondas de radio generadas por seres humanos (teléfonos móviles, hornos microondas, emisoras de radio FM y automóviles), donde podemos captar estos débiles susurros de radio del universo temprano.
Durante los últimos dos años, hemos utilizado el MWA para recopilar 4 petabytes de datos (el equivalente a más de 5.700 horas de vídeo Full HD) y ya hemos publicado más de 50 artículos científicos basados en esos datos.
Nuestros datos se almacenan en el centro de supercomputación Pawsey de Perth, y los estamos examinando cuidadosamente, con millones de horas de supercomputación, para obtener los primeros indicios de la formación de las primeras estrellas y galaxias.
Otros telescopios de los Estados Unidos, los Países Bajos y Sudáfrica compiten por realizar la primera detección de estas señales de radio. Por eso, desentrañar los misterios de los primeros mil millones de años del universo es un gran premio científico.
Pero el MWA es solo el primer paso necesario para llenar los vacíos que Planck ha definido con tanta elegancia. Hace falta un radiotelescopio mucho más grande, y ahí es donde entra en juego el Square Kilometre Array (SKA ).
El MWA es un precursor científico y de ingeniería de 50 millones de dólares australianos para el SKA, concretamente para el SKA de baja frecuencia, que será aproximadamente 100 veces más grande que el MWA.
Cuando entre en funcionamiento en algún momento de la próxima década, el SKA cubrirá en detalle el vacío de los primeros mil millones de años y nos ayudará a comprender cómo el universo se transformó de gas de hidrógeno en nosotros. El MWA está diseñado para iluminar el camino del SKA.
La gran noticia para Australia es que esta instalación del SKA, mucho más grande, se construirá en el mismo emplazamiento que el MWA, en Australia Occidental, aprovechando nuestra sólida experiencia, adquirida con esfuerzo, y situando a la ciencia y la ingeniería australianas en la primera página del próximo y apasionante capítulo de varias décadas de la historia en desarrollo del descubrimiento cósmico.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. Lee el artículo original.
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Steven Tingay es profesor de radioastronomía en Curtin University
Imagen: Esta foto distribuida por la NASA el 3 de junio de 2014 muestra un compuesto de exposiciones independientes tomadas entre 2003 y 2012 con la Advanced Camera for Surveys y la Wide Field Camera 3 del Hubble, que representa la evolución del universo. REUTERS/HUDF/NASA/Handout vía Reuters
