Una antigua señal de 21 centímetros podría explicar el origen del universo

Una antigua señal de 21 centímetros podría explicar el origen del universo

La señal no es un mensaje de una civilización extraterrestre. Proviene de uno de los componentes más simples del universo: átomos de hidrógeno neutros.

En todo el mundo, miles de antenas están escaneando el cielo en busca de la misma señal débil del “amanecer cósmico”, un momento en que las primeras estrellas brillaron hace más de 12 mil millones de años.

Si se detecta, la señal arrojará luz sobre algunos de los misterios más perdurables sobre los orígenes del universo, incluso, la enigmática materia y energía oscura que los científicos creen que constituye el 95%.

“Hay mucha competencia acerca de quién estará allí primero, pero, por otro lado, también hay colaboración y conocimiento que se comparte”, dijo Anastasia Fialkov, investigadora principal del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge, Reino Unido, en una llamada.

Al parecer, la evidencia demuestra que los científicos se están acercando a esta detección trascendental.

En septiembre, un equipo publicó un nuevo marco temporal de la era a partir del cual se origina la señal que es aproximadamente 10 veces más preciso que las estimaciones anteriores. El año pasado, otro equipo captó la detección potencial más prometedora de la señal hasta el momento, aunque esos resultados aún están bajo revisión.

No es un mensaje extraterrestre

La señal no es un mensaje de una civilización extraterrestre, o un atisbo de algún objeto exótico en el límite del tiempo. De hecho, proviene de uno de los componentes más simples del universo: átomos de hidrógeno neutros.

Debido a que estos átomos absorben y liberan fotones con longitudes de onda de 21 centímetros, la señal se conoce alternativamente como la señal de hidrógeno neutral o la “señal de 21 centímetros”.

La firma de este antiguo hidrógeno podría abrir la primera ventana de observación en la primera época de la reionización (EoR). Esta es la era más oscura de la historia del universo, y comenzó unos cientos de millones de años después del Big Bang.

“Sabemos que hay hidrógeno neutro, por lo que la señal de hidrógeno neutro también debe estar allí”, explicó Leon Koopmans, profesor de la Universidad de Groningen e investigador principal del Proyecto de Ciencia Clave de la Época de Reionización, que utiliza el telescopio LOFAR para busca la señal neutral de hidrógeno.

Pero detectarlo ha demostrado ser una de las actividades más difíciles en astronomía y cosmología. La señal de 21 centímetros ya era débil cuando se creó al amanecer cósmico. Después de atravesar distancias extremas y escalas de tiempo para llegar a nosotros, la pequeña señal se ahoga por una interferencia más fuerte de galaxias, estrellas, nebulosas y dispositivos de emisión de radio en la Tierra.

La señal es hasta un millón de veces más débil que todo este ruido de radio cercano, según Koopmans.

“Toda la energía recolectada por un radiotelescopio, como LOFAR, no excede la de un copo de nieve que cae sobre la Tierra”, dijo. “La energía emitida por la señal de hidrógeno neutral sigue siendo 100,000 menos que eso”.

La señal que podría iluminar todo y dar respuestas del Universo

A raíz del Big Bang, hacía tanto calor y energía que los protones y los electrones no podían combinarse para formar átomos neutros estables, por lo que el universo era básicamente una sopa sobrecalentada de partículas subatómicas opacas.

Las condiciones cósmicas se habían enfriado unos 378.000 años después del Big Bang, permitiendo la formación de hidrógeno neutro y dando paso a lo que se llama la Era de la Recombinación.

Cuando los átomos comenzaron a formarse durante este período, el universo se volvió más transparente, permitiendo que la luz viaje libremente sin ser dispersada por partículas subatómicas aleatorias. Esta radiación, llamada fondo cósmico de microondas, es la luz más antigua jamás detectada en el universo.

“Cuando sintoniza la radio de su automóvil entre estaciones en el dial FM, el 99.7% de la estática que escucha es ruido de radio de electrones relativistas que giran en espiral alrededor de los campos magnéticos en nuestra galaxia y otras galaxias cercanas, 0.3% proviene del resplandor del Big Bang, y solo el 0.01% proviene de la señal de 21 centímetros”, dijo Judd Bowman, cosmólogo experimental de la Universidad Estatal de Arizona, en un correo electrónico.

Los científicos han logrado detectar algunas de las estrellas y galaxias más antiguas del universo, pero aún no es posible vislumbrar estos objetos radiantes al amanecer cósmico. Es por eso que el hidrógeno neutro es un medio tan valioso para detectar indirectamente la primera generación de estrellas y galaxias, siempre que los científicos puedan capturarlo.

El atractivo de tal tesoro cosmológico ha motivado a los equipos a construir observatorios para buscar la señal neutral de hidrógeno en el Cabo Norte de Sudáfrica, las montañas del Tíbet y la Antártida, entre otros sitios. Incluso hay algunas propuestas para lanzar observatorios espaciales para buscar señales aún más antiguas, ya sea desde la órbita o al otro lado de la Luna.

Por ahora, la carrera por la primera detección de hidrógeno neutro continúa en el lado del planeta, mientras los equipos de todo el mundo escanean los cielos en busca de esta antigua reliquia utilizando arreglos de radio hiperprecisos.

El súper radiotelescopio

En la misma línea, observatorios como MWA, LOFAR o MeerKAT de Sudáfrica también están ayudando a informar a la construcción de la madre de todos los radiotelescopios: el Square Kilometer Array (SKA).

Esta instalación constará de millones de antenas de radio en Sudáfrica y Australia que formarán un observatorio intercontinental que es 50 veces más sensible que cualquier observatorio moderno. Actualmente está en camino de estar operativo en algún momento a fines de la década de 2020, y una de sus misiones más grandes es investigar el EoR.

Independientemente de qué equipo sea el primero en afirmar que la detección de hitos, este creciente ejército de observatorios de radio construirá en colaboración la imagen más amplia de la transición del universo desde la edad oscura hasta la era moderna de la luz estelar.