El satélite Planck de la ESA ha revelado que las primeras estrellas del Universo comenzaron a formarse más tarde de lo que indicaban observaciones anteriores del fondo cósmico de microondas.

Este nuevo análisis muestra también que las estrellas fueron las únicas fuentes necesarias para explicar la reionizacón de los átomos en el cosmos, y que la mitad de este proceso se había completado cuando el universo tenía una edad de 700 millones de años. La primera generación de estrellas sería visible para la próxima generación de telescopios y es posible que también lo sean para algunos de los que ya están en funcionamiento

Con la multitud de estrellas y galaxias que pueblan el Universo actual, es difícil imaginar lo diferente que nuestro cosmos de 13 mil 800 millones de años cuando tenía pocos segundos de edad. En una primera fase, fue una densa sopa caliente primordial de partículas, en su mayoría electrones, protones, neutrinos y fotones – las partículas de luz. 

En tan denso entorno, el Universo apareció como una niebla ‘opaca’, ya que las partículas de luz no podían viajar una distancia significativa antes de chocar con electrones.

A medida que el universo se expandía, el Universo creció más frío y más enrarecido y, después de alrededor de 380.000 años, finalmente se hizo «transparente». Para entonces, las colisiones de partículas eran muy esporádicas y los fotones podían viajar libremente a través del cosmos.

Hoy en día, los telescopios como Planck pueden observar esta luz fósil a través del cielo entero en forma de Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Su distribución en el cielo revela que las pequeñas fluctuaciones contienen una gran cantidad de información sobre la historia, la composición y la geometría del Universo.

La liberación de la CMB ocurrió en el momento en que los electrones y los protones se unieron para formar átomos de hidrógeno. Esta fue la primera vez en la historia del cosmos en que la materia en alcanzó un estado eléctricamente neutro.

Después de eso, unos pocos cientos de millones de años pasaron antes de que esos átomos pudieran unirse y dar lugar a la primera generación de estrellas del Universo.

   A medida que nacieron esas primeras estrellas, inundaron sus entornos con luz, que posteriormente partieron los átomos neutros, convirtiéndolos de nuevo en su forma de partículas: electrones y protones. Los científicos se refieren a esto como la «época de la reionización ‘. No pasó mucho tiempo para que la mayor parte del material en el Universo quedase completamente ionizado, y –salvo en unos pocos lugares aislados– ha sido similar desde entonces.

   Las observaciones de galaxias distantes que albergan agujeros negros supermasivos indican que el universo había sido completamente reionizado alrededor de 900 millones de años tras el Big-Bang. Los puntos de partida de este proceso, sin embargo, son mucho más difíciles de determinar y ha sido un tema muy debatido en los últimos años.

«El CMB nos puede decir cuandos e inicia la época de la reionización y, a su vez, cuando se formaron las primeras estrellas en el universo», explica Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA.

Para realizar esta medición, los científicos explotan el hecho de que una fracción de la CMB es polarizada: parte de la luz vibra en una dirección preferida. Esto es consecuencia de que los fotones del CMB despiden electrones -algo que ocurrió con mucha frecuencia en la sopa primordial, antes de que el CMB fuera liberado, y luego de nuevo más tarde, después de la reionización, cuando la luz de las primeras estrellas dejó a los electrones libres de nuevo en el curso cósmico.

«Es en las pequeñas fluctuaciones de la polarización del CMB donde podemos ver el impacto del proceso de re-ionización y deducir cuando comenzó», añade Tauber.

Una primera estimación de la época de la reionización llegó en 2003 del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, sugiriendo que el proceso empezó cuando el universo tenía sólo un par de cientos de millones de años de edad. Este resultado fue problemático porque no hay pruebas de que se hubieran estrellas por entonces, lo que significaría que postula la existencia de otras fuentes exóticas que sí pudieron haber causado la reionización en ese momento.

Esta primera estimación pronto iba a ser corregida, ya que los datos de WMAP posteriores empujaron el inicio del proceso hasta por lo menos 450 millones de años en la historia del Universo. Pero no se resolvió el rompecabezas. Aunque ya había estrellas, no quedó claro si eran las responsables únicas como fuente de reionización del cosmos.

En 2015, la Colaboración Planck proporcionó nuevos datos para abordar el problema, reubicando la época de la reionización incluso más tarde en la historia cósmica y revelando que este proceso había cubierto la mitad de camino cuando el universo tenía alrededor de 550 millones de años. El resultado se basó en mapas de todo el cielo obtenidos con el instrumento de baja frecuencia (LFI).

Ahora, un nuevo análisis de los datos del otro detector de Planck, el Instrumento de Alta Frecuencia (HFI), que es más sensible a este fenómeno que ningún otro hasta ahora, muestra que la reionización comenzó incluso mucho más tarde.

«Las mediciones altamente sensibles de HFI han demostrado claramente que la reionización fue un proceso muy rápido, comenzando bastante tarde en la historia cósmica y que había reionizado la mitad del Universo con una edad de alrededor de 700 millones de años», dice en un comunicado de la ESA Jean-Loup Puget del Instituto Astrofísica Espacial en Orsay, Francia, investigador principal del HFI de Planck.

«Nosotros hemos confirmado que no se necesitan otros agentes, además de las primeras estrellas, para reionizar el Universo», añade Mateo Tristram, un científico de la Colaboración Planck en el Laboratorio Acelerador Lineal en Orsay, Francia.

El nuevo estudio localiza la formación de las primeras estrellas mucho más tarde de lo que se había pensado en la línea de tiempo cósmica, sugiriendo que la primera generación de galaxias «está al alcance observacional de las futuras instalaciones astronómicas, y posiblemente incluso de algunas de las actuales».

Fuente: Europa Press