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Las primeras estrellas se formaron 100 millones de años más tarde de lo que se creía

La radiación de fondo de microondas revela nuevos datos sobre el nacimiento del Universo


Las primeras estrellas se empezaron a formar 550 millones de años después del 'big bang', 100 millones más tarde lo que se creía, según han revelado las observaciones del satélite Planck sobre la polarización de la radiación de fondo de microondas. La diferencia es poca para la edad del Universo (13.800 millones de años), pero importante en este contexto.





Polarización de la radiación de fondo de microondas, al detalle. Fuente: ESA/Planck Collaboration.
Polarización de la radiación de fondo de microondas, al detalle. Fuente: ESA/Planck Collaboration.
Los nuevos mapas de la luz polarizada que llena todo el cielo procedente del universo temprano, obtenidos por el satélite Planck, de la ESA (Agencia Espacial Europea), han revelado que las primeras estrellas se formaron mucho más tarde de lo que se creía.

La historia de nuestro universo comenzó hace 13.800 millones de años. Los científicos se esfuerzan en leerla estudiando los planetas, asteroides, cometas y otros objetos de nuestro sistema solar, y observando la luz de estrellas y galaxias lejanas, y de la materia entre ellas.

Una fuente esencial de información es la radiación de fondo de microondas, o CMB -siglas en inglés-, la luz fósil procedente de una era en que el universo era caliente y denso, apenas 380.000 años tras el big bang.

Gracias a la expansión del universo hoy en día esta luz -no visible al ojo humano, solo detectable en el rango de las microondas- llena todo el cielo.

Entre 2009 y 2013 el satélite Planck barrió el cielo para estudiar esta luz primigenia con un grado de precisión nunca logrado. Las pequeñas diferencias en la temperatura de esta radiación en distintas regiones del cielo son indicativas de variaciones de densidad en el universo en la época en que se emitió la radiación CMB, y son las semillas de las acumulaciones de materia que vemos en el presente: las estrellas y galaxias.

Resultados

Los científicos de Planck han publicado los resultados del análisis de la luz fósil emitida poco después del big bang en varios trabajos científicos a lo largo de los últimos dos años, confirmando el escenario cosmológico de nuestro Universo en gran detalle.

“Pero hay más aún. La radiación de fondo contiene todavía más información sobre nuestra historia cósmica, codificada en su polarización”, explica Jan Tauber, jefe científico de Planck, en la nota de prensa de la ESA. “Planck ha medido esta señal por primera vez a alta resolución en todo el cielo, generando los mapas ahora hechos públicos”.

La luz se polariza cuando vibra en una dirección preferente, un fenómeno que puede producirse cuando los fotones -las partículas de luz- rebotan tras chocar con otras partículas. Eso es exactamente lo que sucedió cuando se emitió la CMB, 380.000 años después del big bang.

En un principio los fotones estaban atrapados en una densa y caliente sopa de partículas que, cuando el universo tenía apenas unos segundos de edad, consistía sobre todo en electrones, protones y neutrinos. Debido a la alta densidad, los electrones y fotones chocaban con tanta frecuencia que el universo temprano estaba lleno de niebla.

Poco a poco, a medida que el cosmos se expandía y enfriaba, los fotones y las demás partículas se alejaban cada vez más, y las colisiones se volvían menos frecuentes.

Esto trajo dos consecuencias: los electrones y protones pudieron finalmente combinarse y dar lugar a átomos neutros sin ser destrozados por los choques con los fotones, y los fotones pudieron viajar libremente por primera vez, sin estar inmersos en la niebla cósmica.

La memoria de la luz

Una vez libre de la niebla, la luz inició su viaje cósmico hasta el día de hoy, en que telescopios como Planck la detectan como CMB. Pero la luz también conserva memoria de su último encuentro con los electrones, un recuerdo capturado por el fenómeno de la polarización.

“La polarización de la CMB muestra también minúsculas fluctuaciones de una parte del cielo a otra; al igual que las variaciones de temperatura, las de la polarización reflejan el estado del cosmos en la época en que materia y luz se separaron”, dice François Bouchet, del Institut d’Astrophysique de París (Francia). “Esto nos proporciona una poderosa herramienta para estimar de forma nueva e independiente parámetros como la edad del universo, su ritmo de expansión y la proporción de sus ingredientes: la materia del tipo que conocemos, la materia oscura y la energía oscura”.

Nacimiento de las estrellas

Los datos de polarización de Planck confirman los detalles del modelo cosmológico estándar, determinado por las medidas de las fluctuaciones de temperaturas en la CMB. Además, añaden una nueva e importante respuesta a una pregunta fundamental: ¿cuándo nacieron las primeras estrellas?

“Cuando se emitió la radiación de fondo el universo era muy distinto de como lo conocemos ahora, y pasó mucho tiempo hasta que pudieron formarse las primeras estrellas”, explica Marco Bersanelli, de la Università degli Studi di Milano (Italia).

“Las medidas de Planck de la polarización de la CMB nos dicen ahora que esta Edad Oscura acabó unos 550 millones de años tras el big bang, más de 100 millones de años más tarde de lo que se creía", señala. “Parece poco tiempo, comparado con la edad del universo, pero la diferencia es importante cuando se trata de la formación de las primeras estrellas”.

La Edad Oscura concluyó cuando las primeras estrellas empezaron a brillar. Y a medida que su luz interactuaba con el gas en el universo, más y más átomos volvían a disgregarse en sus partículas constituyentes, los electrones y protones. Esta época clave del universo se conoce como Época de reionización.

Referencias bibliográficas:

Planck collaboration: Planck 2015 results. ESA (2015).


Lunes, 9 de Febrero 2015
ESA/T21
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