Inteligencia artificial & CienciaSintonizando las estrellas

Detectan la señal más antigua del universo con un receptor de radio

Data de 180M de años después del Big-Bang y podría arrojar nuevas evidencias sobre la materia oscura

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Detectan la señal más antigua del universo con un receptor de radio
Detector de radio EDGES en Australia

Detector de radio EDGES en Australia CSIRO

Resumen:

No es cualquier receptor, pero en esencia funciona como una antena de radio FM o una antigua tele en VHF. Está en Australia y no mide más que una mesa camilla. Con sólo eso y enormes cálculos, un equipo estadounidense, israelí y chileno acaba de confirmar que ha recibido la señal más antigua emitida por las primeras estrellas del universo. “No creo que consigamos ver mucho más atrás en el tiempo por ahora”, sentencia Judd Bowman, astrónomo de la Universidad del Estado de Arizona y uno de los autores del estudio publicado este miércoles en Nature. Acabamos de asistir (con unos 13.600 millones de años de retraso) al momento en que el universo “se encendió”.

¿Cómo puede un receptor de radio detectar una señal tan lejana en el tiempo y espacio? Aquí te mostramos cómo. | Vídeo: M.V.

 

Observar los albores del cosmos se ha convertido para parte de la comunidad astronómica una carrera contrarreloj. Además de desvelar el misterio del origen de todo, buscan explicar qué pasó en los extraños momentos inmediatamente anteriores al Big-Bang. Por otro lado, permite observar de qué modo se comportaba la materia oscura, que supone más de una cuarta parte de todo el cosmos y de la que no sabemos prácticamente nada.

La comunidad científica sabía que por el universo debía de flotar aún una señal más o menos sutil proveniente del momento en que las estrellas empezaron a brillar. Un evento astrofísico cuya ola debió de vibrar en una alta frecuencia, pero que, con el tiempo, se habría desplazado hacia una banda cercana a nuestra FM. En concreto, Bowman la encontró en el 78.0 MHz del dial. Sin embargo “lo que vimos era inesperado”, señala Bowman a El Independiente desde Tempe, en Estados Unidos. “Su fuerza podría explicarse por la interacción de la materia oscura con los átomos normales. Si esa idea se confirma, estamos ante algo importante porque proporciona las primeras pistas sobre la naturaleza de la materia oscura. Hasta ahora, sólo hemos sabido que la materia oscura existe debido a sus efectos gravitacionales (hace que las cosas en el universo se muevan de una forma que no debería si estuviera en el vacío). Cualquier cosa más allá de esa comprensión básica sigue siendo un misterio y la posibilidad de que estas observaciones arrojen nueva luz sobre la naturaleza de la materia oscura es muy emocionante”, sentencia Bowman.

Muestra el instante en que las primeras estrellas se encendieron, justo después de un largo periodo de oscuridad

La foto que obtenemos de aquel tiempo muestra las primeras estrellas que se formaron en el universo, justo después de un largo tiempo de oscuridad total posterior al Big-Bang. Emitieron radiación ultravioleta que interactuaba con el gas de hidrógeno circundante. Como resultado, los átomos de hidrógeno en todo el universo comenzaron a absorber radiación de fondo, un cambio fundamental que los científicos pudieron detectar en forma de ondas de radio. A partir de ahí, la luz y toda la materia que conocemos.

Desde hacía años, para el astrónomo Alan Rogers, del MIT, fue casi una obsesión realizar este experimento. No le fue fácil convencer a sus colegas de con esta simple antena se podría encontrar la débil señal de las primeras estrellas. “Era como escuchar el aleteo de un pájaro en medio de un huracán”. Finalmente, Bowman, que entonces era todavía estudiante, consiguió el apoyo de la National Science Fundation (NSF) para usar el receptor australiano.

Historia del universo

Historia del universo M.V. | Fuente: NASA

Aquellas estrellas eran seguramente muy distintas a las actuales. Se formaron con un gas primordial de hidrógeno y helio. “Tenían que ser estrellas muy masivas, de corta vida y color azul”, cree Bowman. La mayoría murieron, formando agujeros negros o estrellas de neutrones. Por eso es tan difícil observar su rastro. Ciertas características en las ondas de radio detectadas también sugieren que el gas de hidrógeno y el universo en su conjunto deben haber sido más fríos de lo que los científicos estimaron previamente: unos 270 grados bajo cero.

“Estos resultados requieren algunos cambios en nuestra comprensión actual de la evolución temprana del universo”, añade por su parte Colin Lonsdale, director de Haystack Observatory. “Afectaría los modelos cosmológicos y requeriría que los teóricos volvieran a poner sus límites de pensamiento para descubrir cómo sucedió eso”.

Un aparato de FM muy muy preciso

La versión actual del instrumento EDGES es el resultado de años de calibración. Diseñado conjuntamente por el MIT y el observatorio Haystack, “funciona de forma parecida a un receptor de FM”, ejemplifica Bowman. “Las ondas llegan a la antena terrestre, son amplificadas por un receptor y luego digitalizadas y grabadas por un ordenador. La diferencia [con nuestros receptores] es que el instrumento está calibrado con mucha precisión y diseñado para funcionar de la manera más uniforme posible a través de muchas longitudes de onda de radio. La antena es aproximadamente del tamaño de una mesa de comedor (1 metro de alto y 2 metros de largo) con dos placas de metal en la parte superior que forman la antena”. El gran reto es trabajar en la Vía Láctea, un lugar donde hay muchísimo ruido de diferentes longitudes de onda, que enmascaran cualquier señal de más allá. El equipo se tiró un año descartando que aquello que habían sintonizado en el 78.0 no era ruido o señal procedente de otro sitio.

Este es el aspecto de debían de tener las primeras estrellas del universo

Este es el aspecto de debían de tener las primeras estrellas del universo Fuller / NSF

El instrumento fue diseñado originalmente para captar las ondas de radio emitidas desde un momento en la historia del universo conocido como la época de reionización o EoR. Durante este período, se cree que las primeras fuentes luminosas, como estrellas, cuásares y galaxias, aparecieron en el universo, lo que provocó que el medio intergaláctico, previamente neutro, se ionizara: la luz nació.

Un receptor de radio, de apenas un metro de alto, ha llegado a observaciones más lejanas que el telescopio Hubble

Los cosmólogos ya han visto el resplandor (rastro, que no señal) que se creó 380.000 años después del Big Bang. Ahora, “estas observaciones, de apenas 180 millones de años después del estallido que lo generó todo, son la edad más antigua que hemos visto. La galaxia más distante detectada por el Telescopio Espacial Hubble ve apenas el momento en que el universo tenía 400 millones de años. El próximo Telescopio Espacial James Webb espera ver, en órbita, galaxias muy tempranas de una época que se superponga con nuestras observaciones”, avanza Bowman.

Si la señal se hubiera captado en Madrid, estaría por debajo del 88.0 FM

Si la señal se hubiera captado en Madrid, estaría por debajo del 88.0 FM, aunque no oiríamos más que ruido. Cuando el universo era muy joven, emitía por el 1400.0 MHz, directamente fuera del dial. M.V.

Ahora, la comunidad científica espera indicios de una señal de radio similar de cuando el universo apenas tenía 50 millones de años. “Será aún más difícil de detectar, pero en el futuro puede ser posible. Más allá del resplandor del Big Bang, esa señal será probablemente la más antigua que veremos en el universo”.