Primera visión de luz del amanecer cósmico con un telescopio terrestre

Por primera vez, telescopios terrestres phan permitido retroceder más de 13.000 millones de años y observar cómo las primeras estrellas del universo afectan la luz emitida durante el Big Bang.

Utilizando telescopios en lo alto de la cordillera de los Andes, en el norte de Chile, astrofísicos han medido esta luz de microondas polarizada para crear una imagen más clara de una de las épocas menos comprendidas en la historia del universo: el Amanecer Cósmico.

"Se pensaba que esto era imposible desde la Tierra. La astronomía es un campo con tecnología limitada, y las señales de microondas del Amanecer Cósmico son famosamente difíciles de medir", afirmó Tobias Marriage, líder del proyecto y profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins. "Las observaciones terrestres enfrentan desafíos adicionales en comparación con las espaciales. Superar estos obstáculos convierte esta medición en un logro significativo".

Las microondas cósmicas tienen una longitud de onda de apenas milímetros y son muy tenues. La señal de la luz de microondas polarizada es aproximadamente un millón de veces más débil. En la Tierra, las ondas de radio, los radares y los satélites pueden atenuar su señal, mientras que los cambios en la atmósfera, el clima y la temperatura pueden distorsionarla. Incluso en condiciones ideales, medir este tipo de microondas requiere equipos extremadamente sensibles.

Científicos del proyecto Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) de la National Science Foundation de Estados Unidos utilizaron telescopios diseñados específicamente para detectar las huellas dejadas por las primeras estrellas en la luz remanente del Big Bang, una hazaña que anteriormente solo se había logrado mediante tecnología desplegada en el espacio, como la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA y los telescopios espaciales Planck de la ESA.

La nueva investigación, dirigida por la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Chicago, se publicó en The Astrophysical Journal.

Al comparar los datos del telescopio CLASS con los de las misiones espaciales Planck y WMAP, los investigadores identificaron interferencias y se centraron en una señal común de la luz de microondas polarizada.

La polarización se produce cuando las ondas de luz chocan con algo y luego se dispersan. "Cuando la luz incide en el capó de tu coche y ves un resplandor, eso es polarización. Para ver con claridad, puedes usar gafas polarizadas para eliminar el resplandor", explicó Yunyang Li, primer autor, estudiante de doctorado en Johns Hopkins y posteriormente investigador en la Universidad de Chicago durante la investigación. "Usando la nueva señal común, podemos determinar cuánto de lo que vemos es resplandor cósmico, proveniente de la luz que rebota en el capó del Amanecer Cósmico, por así decirlo".

Tras el Big Bang, el universo era una niebla de electrones tan densa que la energía luminosa no podía escapar. A medida que el universo se expandía y enfriaba, los protones capturaron los electrones para formar átomos de hidrógeno neutros, y la luz de microondas pudo entonces viajar libremente por el espacio intermedio. Cuando se formaron las primeras estrellas durante el Amanecer Cósmico, su intensa energía liberó electrones de los átomos de hidrógeno. El equipo de investigación midió la probabilidad de que un fotón del Big Bang se encontrara con uno de los electrones liberados al atravesar la nube de gas ionizado y se desviara de su curso.

Los hallazgos ayudarán a definir mejor las señales provenientes del resplandor residual del Big Bang, o el fondo cósmico de microondas, y a obtener una imagen más clara del universo primitivo.