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Más Allá del Borde Oscuro
del Cosmos
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.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.
Fuente
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