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Los científicos intentan escudriñar lo que había en el principio del universo, antes de que la misma luz existiera.

Los astrónomos que desean estudiar el universo temprano se enfrentan a un problema fundamental: ¿cómo observar lo que existía en la “edad oscura”, antes de que se formaran las primeras estrellas para iluminarlo?. Los teóricos Abraham Loeb y Matías Zaldarriaga del Centro Harvard-Smithsoniano para la Astrofísica, hallaron una solución. Calcularon que los astrónomos pueden detectar los primeros átomos del universo primigenio observando las sombras que producen.

Para ver esas sombras, el observador debe estudiar la radiación cósmica de fondo (CMB = Cosmic Microwave Background), que sobrevivió a la era de la recombinación. Cuando el universo tenía unos 370.000 años, se enfrió lo suficiente como para que los protones y los electrones se unieran, recombinándose en átomos de hidrógeno neutro y permitiendo que la radiación CMB reliquia del Big Bang, atravesara el cosmos casi sin impedimentos por los últimos 13 mil millones de años.


Crédito por la imagen: NASA

A lo largo del tiempo, algunos de los fotones CMB encontraron acumulaciones de gas hidrógeno y fueron absorbidos. Al buscar las regiones con menos fotones (las regiones que son ensombrecidas por el hidrógeno), los astrónomos pueden determinar la distribución de la material en el universo primitivo.

“Hay una enorme cantidad de información impresa en el cielo de microondas que nos podría enseñar, con precisión exquisita, sobre las condiciones iniciales del universo”, dijo Loeb.

Inflación y Materia Oscura

Para absorber los fotones CMB, la temperatura del hidrógeno (específicamente, su temperatura de excitación) debe ser menor que la temperatura de la radiación CMB, condiciones que existieron solamente cuando el universo tenía de 20 a 100 millones de años de edad. Por coincidencia, ésto es muy anterior a la formación de cualquier estrella o galaxia, abriendo así una ventana única hacia las así llamadas “edades oscuras”.

El estudio de las sombras CMB permite también a los astrónomos observar estructuras mucho más pequeñas de lo que podía lograr antes, utilizando instrumentos como la Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas (WMAP = Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). La técnica de sombras puede detectar acumulaciones de hidrógeno que sean tan pequeñas como para tener unos 30.000 años luz de diámetro en nuestro universo actual, o sea el equivalente de apenas 300 años luz de diámetro en el universo primordial (la escala ha aumentado a medida que el universo se ha ido expandiendo). Tal resolución es mejor, por un factor de 1.000, que la resolución de WMAP.

“Este método ofrece una ventana la física del universo muy joven, es decir a la época de la inflación, cuando se cree que se produjeron las fluctuaciones en la distribución de materia. Más aún, podríamos determinar si los neutrinos o algún otro tipo de partícula desconocida contribuyeron sustancialmente a la cantidad de “materia oscura” del universo. Estas cuestiones (lo que sucedió durante la época de la inflación y qué es la materia oscura) son problemas clave para la cosmología moderna, cuyas respuestas proporcionarán una comprensión fundamental acerca de la naturaleza del universo”, dijo Loeb.

Un Reto Observacional

Los átomos de hidrógeno pueden absorber los fotones CMB en la longitud específica de 21 centímetros. La expansión del universo estira la longitud de onda en un fenómeno llamado desplazamiento al rojo (porque una longitud de onda más larga es más rojiza). Por lo tanto, para observar una absorción de 21 cm proveniente del universo primitivo, los astrónomos deben buscar en longitudes de onda más largas, que van de 6 a 21 metros, en la porción de radioondas del espectro electromagnético.

La observación de sombras CMB en las longitudes de onda de la radio es difícil, debido a la interferencia de fuentes celestes que están en un primer plano. Para recoger datos correctos, los astrónomos deberán utilizar la próxima generación de radiotelescopios, tales como el Conjunto de Baja Frecuencia (LOFAR = Low Frequency Array) y el Conjunto Kilómetro Cuadrado (SKA = Square Kilometer Array). Aunque las observaciones serán todo un reto, la compensación potencial es muy grande.

“Hay una mina de oro de información ahí afuera, esperando a ser extraída. Si bien su detección completa puede llegar a ser un desafío experimental, resulta reconfortante saber que existe y que podremos intentar medirla en el futuro cercano”, dijo Loeb.

Esta investigación será publicada en un número próximo de Physical Review Letters, y actualmente está disponible en la red en http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.

Con sus cuarteles generales en Cambridge, Massachusetts, el Centro Harvard Smithsoniano para la Astrofísica es una colaboración conjunta entre el Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Observatorio del Colegio de Harvard. Los científicos del CfA (Cfa = Center for Astrophysics, es decir, Centro para la Astrofísica) , organizados en seis divisiones de investigación, estudian el origen, evolución, y destino final del universo.
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NOTA DEL TRADUCTOR

Radiación Cósmica de Fondo: Conocida por sus siglas en inglés, “CMB”, es un baño isotrópico (es decir, que es igual en todas direcciones) de radiación de microondas que permea el universo. Descubierta accidentalmente en 1965 por Arno Penzias y Robert Wilson, había sido sin embargo prevista años antes por George Gamow, quien la definió como una reliquia de la evolución del universo primitivo. De hecho, resulta ser el remanente frío de la primigenia bola de fuego que lo creó; un eco del Big Bang. Su temperatura actual es de unos 2,7º Kelvin.
Hacia 1970 se descubrió que no era exactamente igual en todas direcciones, sino que había una en que era más caliente, y la opuesta en que era más fría, con una diferencia de 0,1ª K. Esa diferencia de temperatura, o bipolo, era exactamente lo que se podía esperar si nos estuviéramos moviendo a alta velocidad a través de la radiación de fondo, en dirección al polo más caliente. De allí se infiere que nuestro grupo local de galaxias se está moviendo en una dirección en particular a una velocidad de 600 Km/s.
En esa dirección, las longitudes de onda de la radiación son “acortadas”, produciéndose un “corrimiento al azul” y haciendo que el cielo parezca allí más caliente, mientras que en la dirección opuesta las ondas son “alargadas”, con un “corrimiento al rojo”, y el cielo parece más frío. Cuando se elimina este patrón bipolar, la radiación cósmica de fondo es increíblemente isotrópica. Las últimas investigaciones han demostrado que la isotropía de CMB es mayor que una parte en diez mil.

H.R.B.

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Web Site: Universe Today
Artículo: “Astronomer Peer Into Our Universe´s Dark Edge”
Fecha: 2024-05-04
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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán
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