Captan por primera vez señales del 'amanecer' del universo utilizando telescopios terrestres

Por primera vez, los científicos han utilizado telescopios situados en la Tierra para echar un vistazo a más de 13.000 millones de años atrás y ver cómo las primeras estrellas del universo afectan a la luz emitida por el Big Bang.

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

"La gente pensaba que esto no se podía hacer desde tierra. La astronomía es un campo de tecnología limitada, y las señales de microondas del Amanecer Cósmico son famosamente difíciles de medir", explica Tobias Marriage, director del proyecto y profesor de Física y Astronomía en Johns Hopkins. "Las observaciones terrestres se enfrentan a retos adicionales en comparación con las espaciales. Superar esos obstáculos hace que esta medición sea un logro significativo".

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

Los científicos del proyecto CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. utilizaron telescopios especialmente diseñados para detectar las huellas dactilares dejadas por las primeras estrellas en la luz relicta del Big Bang, una hazaña que hasta ahora sólo se había logrado con tecnología desplegada en el espacio, como la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) de la istración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de EE.UU. y los telescopios espaciales Planck de la Agencia Espacial Europea.

La nueva investigación, dirigida por la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Chicago, se publicó hoy 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 acotaron una señal común procedente de la luz de microondas polarizada.

Según explican los expertos, la polarización se produce cuando las ondas de luz chocan contra algo y luego se dispersan. "Cuando la luz incide sobre el capó de un carro y se produce un resplandor, eso es polarización. Para ver con claridad, puedes ponerte gafas polarizadas para eliminar el resplandor", explica el primer autor, Yunyang Li, estudiante de doctorado en Johns Hopkins y becario en la Universidad de Chicago durante la investigación. 

Y añade: "Utilizando la nueva señal común, podemos determinar cuánto de lo que estamos viendo es resplandor cósmico procedente de la luz que rebota en el capó del Amanecer Cósmico, por así decirlo".

De acuerdo con los expertos, tras el Big Bang, el universo era una niebla de electrones tan densa que la energía luminosa era incapaz de escapar. Cuando el universo se expandió y se enfrió, los protones capturaron los electrones para formar átomos neutros de hidrógeno, y la luz de microondas quedó entonces libre para viajar por el espacio intermedio. 

Cuando se formaron las primeras estrellas durante el Amanecer Cósmico, su intensa energía arrancó los electrones de los átomos de hidrógeno. El equipo de investigadores midió la probabilidad de que un fotón procedente del Big Bang se encontrara con uno de los electrones liberados en su camino a través de la nube de gas ionizado y se desviara de su curso.

Los resultados ayudarán a definir mejor las señales procedentes del resplandor residual del Big Bang, o fondo cósmico de microondas, y a formarse una imagen más clara del universo primitivo.

"Medir con mayor precisión esta señal de reionización es una importante frontera en la investigación del fondo cósmico de microondas", afirma Charles Bennett, profesor distinguido Bloomberg en Johns Hopkins que dirigió la misión espacial WMAP. 

"Para nosotros, el universo es como un laboratorio de física. Las mejores mediciones del universo ayudan a perfeccionar nuestra comprensión de la materia oscura y los neutrinos, partículas abundantes pero esquivas que llenan el universo". Analizando datos adicionales de CLASS en el futuro, esperamos alcanzar la máxima precisión posible", dice.

Los nuevos resultados, que se basan en una investigación publicada el año pasado en la que se utilizaron los telescopios CLASS para cartografiar el 75 por ciento del cielo nocturno, también ayudan a consolidar el enfoque del equipo de este proyecto.

"Ningún otro experimento terrestre puede hacer lo que CLASS está haciendo", afirma Nigel Sharp, director de programa en la División de Ciencias Astronómicas de la National Science Foundation (NSF), que ha apoyado al instrumento y al equipo de investigación desde 2010. "El equipo ha mejorado enormemente la medición de la señal de polarización de microondas cósmicas y este impresionante salto adelante es un testimonio del valor científico producido por el apoyo a largo plazo de la NSF".

El observatorio CLASS opera en el Parque Astronómico Atacama, en el norte de Chile, bajo los auspicios de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo.

REDACCIÓN CIENCIA