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Al principio, no había luz.

Después de que el Big Bang creara el Universo hace 13 mil millones de años, éste quedó envuelto en la oscuridad. Basándose en las observaciones de la radiación remanente del Big Bang, los astrónomos han especulado que varios cientos de millones de años después de este evento, la gravedad provocó que partículas de hidrógeno y helio se condensaran en nubes. La energía de esta actividad finalmente inflamó las nubes, poniendo en marcha una cadena de acontecimientos que llevaron al nacimiento de las primeras estrellas. Aunque la transición entre la llamada edad oscura cósmica y el nacimiento de estrellas y galaxias podría explicar el origen y evolución de muchos objetos celestes, los astrónomos conocen muy poco de este período.

Recientemente, dos astrónomos realizaron un experimento para tratar de aprender más de este período de transición, que se conoce como la Época de Reionización (Epoch or Reionization, EOR). Debido a que la identificación de la luz emitida por las primeras galaxias es casi imposible, Alan Rogers, investigador del Haystack Observatory del MIT, y Judd Bowman, profesor asistente en la Universidad Estatal de Arizona, centraron sus esfuerzos en la detección de ondas de radio emitidas por el hidrógeno que existía entre las primeras galaxias. Algunas de estas ondas de radio aún nos llegan hoy, y los astrónomos han teorizado que ciertas características de las ondas podrían darnos pistas sobre la EOR.

Cuando las primeras estrellas comenzaron a formarse durante la EOR, su radiación ultravioleta (luz) excitaba los átomos de hidrógeno cercanos, expulsando sus electrones y dándoles una carga eléctrica positiva. Este proceso, conocido como ionización, es importante para los cosmólogos, ya que marca un momento crucial en la transición entre el Universo primitivo, que contenía sólo hidrógeno y helio, y el Universo de hoy, que está lleno de distintas galaxias, planetas y agujeros negros. Averiguar con exactitud cuándo -y por cuánto tiempo- tuvo lugar esta ionización es un importante primer paso para confirmar o modificar los actuales modelos de la evolución del Universo.

Para entender más de este período, los investigadores centraron su estudio sobre la frecuencia de la radiación emitida por el hidrógeno no ionizado o neutral. Observaron especialmente cómo la señal había cambiado con el tiempo, lo que indicaría cuanto le pudo haber tomado al hidrógeno no ionizado ser ionizado como consecuencia del nacimiento de estrellas y galaxias. Como informaron los investigadores en un artículo publicado el mes pasado en la revista Nature, pasaron al menos 5 millones de años para que el hidrógeno no ionizado se ionizara. Es una buena propuesta, entonces, que el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias les llevó la misma cantidad de tiempo o más convertirse en las estrellas y galaxias que hoy reconocemos.

Una nueva frontera

El hallazgo no le sorprende al astrónomo de Harvard Avi Loeb, quien dice que muchos modelos predicen que la EOR se prolongó durante varios cientos de millones de años. Aun así, el estudio es importante porque proporciona los primeros resultados observacionales sobre la EOR, un área de investigación que Loeb llama la “gran frontera” de la astronomía en la próxima década. Al demostrar que las observaciones de radio pueden rastrear las antiguas ondas de radio, Rogers y Bowman “básicamente, han abierto la ventana para el uso de esta técnica simple” en paralelo con instrumentos más sofisticados, dice. Para refinar su estimación, Loeb sugiere que los investigadores mejoren la calibración de su antena con el fin de evitar posibles interferencias producidas por el propio instrumento.

Rogers y Bowman esperan implementar un sistema de calibración mejorado para finales de este mes. También están involucrados en el desarrollo de un radiotelescopio de gran tamaño que intentará realizar mediciones mucho más sofisticadas de la EOR. Conocida como matriz de Murchison de gran campo, el telescopio consta de 512 antenas “de placas” que tratarán de descubrir los fenómenos de radio de baja frecuencia que pueden revelar detalles sobre cómo se formaron y evolucionaron las galaxias.

El estudio de Rogers y Bowman fue apoyado por la National Science Foundation y la NASA.