Original de 02/07/17 By Diana Kwon
Experimentosnuevos ayudaran a los astrónomos a descubrir las fuentes queayudaron a hacer el Universo transparente.
Cuando miramos a través de nuestrostelescopios al cosmos, podemos ver estrellas y galaxias alcanzandoa ver hacia miles de millones de años. Esto es posible solo debidoa que el medio intergaláctico por el cual estamos mirando estransparente. Este no fue siempre el caso.
Alrededor de 380.000 añosluego del Big Bang vino la recombinación, cuando la masa caliente departículas que constituían el Universo se enfriaron lo suficientecomo para que los electrones se parearan con los protones, formandoel hidrógeno neutral. Esto trajo las épocas obscuras, durante lacual el gas neutral en el medio intergaláctico absorbió la mayorparte de la energía de los fotones alrededor de el, haciendo que el universo fuera opaco a esas longitudes de onda de la luz.
Entonces, luego de unospocos millones de años después, nuevas fuentes de fotonesenergéticos aparecieron, desnudando a los átomos de hidrógeno desus electrones y regresándolosa su estado ionizado, finalmente permitiendo que la luz viajarafácilmente a través del medio intergaláctico. Luego de esta era lare-ionización fue completa, este universo fue totalmentetransparente una vez mas.
Los físicos están usandouna variedad de métodos para buscar los inicios de la re-ionización,y al hallarlas ellas proporcionaran una mirada a las galaxiasprimigenias, a la estructura del universo primitivo y posiblementeincluso a las propiedades de la materia obscura.
Fuentes energéticas
La investigación actualsugiere que la mayoría — si no todos — los fotones de laionización vinieron de la formación de las primeras estrellas ygalaxias. “El proceso de re-ionización es básicamente unacompetencia entre la proporción a la cual las estrellas producenradiación ionizada y el indice de recombinación en el mediointergaláctico,” declaro Brant Robertson,un astrofísico teóricoen la Universidad de California en Santa Cruz.
Sin embargo, losastrónomos no han hallado aun esas galaxias primigenias, dejando unespacio para otras fuentes potenciales. Las primeras estrellaspodrían no haber sido suficientes. “Hay indudablemente otrascontribuciones, pero nosotros discutimos acerca de cuan importantesson esas contribuciones,” dijo Robertson.
Los Núcleos GalácticosActivos (active galactic nuclei) AGN,podrían haber sido una fuente de re-ionización. Los AGN son cuerposluminosos, tales como los cuásares, que son potenciados por agujerosnegros y liberan radiación ultravioleta y rayos X. Sin embargo, loscientíficos una no saben cuan abundantes fueron esos objetos en elUniverso primitivo.
Otra posibilidad, inclusomas exótica, es la aniquilación de la materia obscura. En algunosmodelos de materia obscura, las partículas colisionan unas conotras, aniquilándose y produciendo materia y radiación. “Siseguimos este razonamiento o algún otro podríamos hallar evidenciade la aniquilación de la materia obscura, lo que seriafantásticamente interesante, debido a que podría darnosinmediatamente un estimado de la masa de la materia obscura y que tanfuertemente interactua con las partículas del Modelo Estándar,”dijo Tracy Slatyer un físico de partículas del MIT.
La aniquilacion de la materia obscura ylos AGN podrian tambien indirectamente ayudar en la re-ionización alproporcionar un calor adicional al Universo.
Probando la aurora cosmica
Para probar sus teorías apropósito del curso de la re-ionización cósmica, los astrónomosestán probando esta época en la historia del Universo usando variosmétodos incluyendo observaciones con telescopios, algo así como la“cosmología de los 21 centímetros” (la longitud de onda delhidrógeno) y probando el fondo cósmico de microondas.
Los astronomos no han hallado evidenciade la mayor parte de la re-ionización — las primeras estrellas —pero ellos siguen buscando.
Al medir la luminosidad dela galaxias, los físicos podrían estimar cuantos fotones ionizadosellas podrían haber liberado. “[para fechar] no han hechoobservaciones de las galaxias actuales que están re-ionizando eluniverso — Incluso el Hubble no puede entregar algo en esto —pero la esperanza es que el Telescopio Espacial James Webb pueda,”dijo John Wise, un astrofísico de Georgia Tech.
Alguna de la informaciónmas diciente vendrá de la cosmología de los 21 centímetros, asíllamada debido que estudian las radio ondas de 21 centímetros delongitud. El hidrógeno neutral produce estas radio ondas de estalongitud que el hidrógeno ionizado no produce. Experimentos talescomo los que han sido planificados sobre la Arreglo para la Época dela Re-ionización del Hidrógeno detectara el hidrógeno neutralusando radio telescopios sintonizados en esta longitud de onda. Estopodría proporcionar una evidencia irrebatible acerca de las fuentesde re-ionización.
“La idea básicade la cosmología de los 21 centímetros es no mirar a las galaxiasmismas, si no mas bien tratar de hacer una medida directa del mediointergaláctico — el hidrógeno que esta entre las galaxias,”dijo Adrian Liu, un condiscípulo (fellow) en la Universidad UCBerkeley “Esto actualmente le permite, en principio, verdirectamente la re-ionización, [mediante ver como] esta afecta elmedio intergaláctico.
A través de localizar endonde el Universo esta ionizado y en donde no, los astrónomos puedencrear un mapa de como esta distribuido el hidrógeno neutral en elUniverso primigenio. “Si las galaxias lo están haciendo, entoncesusted tendría burbujas ionizadas [alrededor de ellas]. Si es materiaobscura — la materia obscura esta en todas partes — entoncesestará ionizado en todas partes, en lugar de haber burbujas de gasionizado,” declaro Steven Furlanetto, un astrofísico teórico enla Universidad de California en los Ángeles UCLA.
Los físicos tambiénpueden aprender de las fuentes de re-ionización mediante estudiar elfondo cósmico de microondas o CMB (Cosmic Microwave Background).
Cuando un átomo esionizado, el electrón que es liberado se dispersa y perturba el CMB.Los físicos pueden usar esta información para determinar cuandosucedió la re-ionización y poner restricciones de cuantos fotonesfueron necesarios para completar el proceso.
Por ejemplo, los físicosreportaron el año pasado que la información entregada por elsatélite Planck fue capaz de bajar su estimado de cuanta ionizaciónfue causada por fuentes y cuanta por las galaxias. “Solo debido aque usted podría potencialmente explicarla con la formación deestrellas en las galaxias, esto no quiere decir que algo no estalatente en la información,” dijo Slatyer. “Estamos esperanzadosde que vamos a conseguir muchas mejores mediciones de la época de lare-ionización usando experimentos como las observaciones en 21centímetros.”
Es aun demasiado tempranopara expresar explicaciones alternativas para las fuentes dere-ionización, cuando los astrónomos están al comienzo dedescubrir esta era de la historia de nuestro Universo, dijo Liu.“Diría que uno de las mas divertidas cosas acerca de trabajar eneste campo es que no sabemos exactamente que sucedió.”