Un equipo internacional de investigadores ha logrado caracterizar las primeras galaxias del Universo

Un equipo internacional de astrofísicos, entre ellos, el Prof. Rennan Barkana, de la Facultad Sackler de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv, ha logrado por primera vez, caracterizar estadísticamente las primeras galaxias del Universo, que se formaron sólo 200 millones de años después del Big Bang.

(Comunicado de la portavoz de la Universidad de Tel Aviv)

Según los innovadores resultados, las primeras galaxias eran relativamente pequeñas y tenues. Eran más débiles que las galaxias actuales, y probablemente, sólo procesaban un 5% o menos de su gas para convertirlo en estrellas. Además, las primeras galaxias no emitían ondas de radio con una intensidad muy superior a la de las galaxias modernas.

Este nuevo estudio, llevado a cabo junto con el equipo de observación SARAS, fue dirigido por el grupo de investigación de la Dra. Anastasia Fialkov, de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, una ex estudiante del doctorado del profesor Barkana. Los resultados de este innovador estudio fueron publicados en la prestigiosa revista Nature Astronomy.

“Se trata de un campo sumamente nuevo y un primer estudio de este tipo”, explica el Prof. Barkana. “Estamos tratando de comprender la época de las primeras estrellas en el Universo, conocida como el “amanecer cósmico”, alrededor de 200 millones de años después del Big Bang. El Telescopio Espacial James Webb, por ejemplo, no puede ver realmente estas estrellas. Puede que solo detecte algunas galaxias particularmente luminosas de algún periodo posterior. Nuestro objetivo es sondear toda la población de las primeras estrellas”.

Según la imagen habitual, antes de que las estrellas comenzaran a fusionar elementos pesados en el interior de sus núcleos, nuestro universo no era más que una nube de átomos de hidrógeno del Big Bang (aparte de algo de helio y mucha materia oscura). Actualmente, el universo está también colmado de hidrógeno, pero en el universo moderno, el mismo está ionizado en su mayor parte, debido a la radiación de las estrellas.

“Los átomos de hidrogeno, naturalmente emiten una luz a una longitud de onda de 21cm., la cual entra en el espectro de las ondas de radio”, dice el Prof. Barkana. “Visto y considerando que la radiación estelar afecta a la luz emitida por los átomos de hidrógeno, utilizamos el hidrógeno como un detector en nuestra búsqueda de las primeras estrellas: si podemos detectar el efecto de las estrellas sobre el hidrógeno, sabremos cuándo las mismas han nacido, y en qué tipos de galaxias. Fui uno de los primeros teóricos en desarrollar este concepto hace 20 años, y ahora los observadores pueden implementarlo en investigaciones reales. Equipos de experimentadores de todo el mundo, están intentado, actualmente, descubrir la señal de 21 cm. del hidrógeno en el universo primitivo”.

Uno de estos equipos es EDGES, que utiliza una pequeña antena de radio que mide la intensidad promedio de todo el cielo de ondas de radio llegadas de diferentes periodos del amanecer cósmico. En 2018, el equipo DGES anunció que había descubierto la señal de 21 cm. del hidrógeno antiguo.

“No obstante, había un problema con sus hallazgos”, afirma el profesor Barkana. “No podíamos estar seguros de que la señal medida procediera realmente del hidrógeno del universo primitivo. Podría haber sido una señal falsa producida por la conductividad eléctrica del suelo bajo la antena. Por consiguiente, todos aguardábamos una medición independiente que podría confirmar o refutar estos resultados. El año pasado, astrónomos de la India llevaron a cabo un experimento denominado SARAS, en el cual se hizo flotar la antena sobre un lago, una superficie uniforme de agua que no podía imitar la señal deseada. Conforme a los resultados del nuevo experimento, había un 95% de probabilidades de que EDGES, en realidad, no detectara una señal real del universo primitivo. SARAS descubrió un límite superior para la señal genuina, implicando que la señal del hidrógeno primitivo es probablemente significativamente más débil que la medida por EDGES. Modelizamos el resultado de SARAS y calculamos las implicaciones para las primeras galaxias, es decir, cuáles eran sus propiedades dado el límite superior determinado por SARAS. Ahora, podemos señalar por primera vez que ciertos tipos de galaxias no podían existir en esa época primitiva”.

El profesor Barkana concluye, diciendo: “Las galaxias modernas, como nuestra Vía Láctea, emiten una cantidad importante de ondas de radio. En nuestro estudio, hemos puesto un límite superior al índice de formación estelar en las galaxias antiguas y a todas sus emisiones de radio. Y esto es sólo el comienzo. Cada año, los experimentos se tornan más fiables y precisos, y en consecuencia, esperamos encontrar fuertes límites superiores, que nos den incluso restricciones aún mejores sobre el amanecer cósmico. Esperamos que en el futuro cercano dispongamos no solamente de límites, sino de una medición precisa y fiable de la misma señal”.