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La luz se hizo en el Universo

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La luz se hizo en el Universo

Mensaje por elita el Jue Oct 13, 2011 2:19 pm

Elita

13 Octubre 2011

Estrellas cien veces más masivas que el Sol abrieron la «niebla» primordial que cubría el cosmos hace 13.000 millones de años. Astrónomos elaboran un «calendario» del proceso.


Hay un momento en la historia del Universo en el que se hizo la luz. Esa fase espectacular -conocida como reionización- se produjo hace unos 13.000 millones de años. Antes, el cosmos no era más que una especie de cámara opaca de donde la luz no podía escapar. Cuando la neblina que lo cubría todo se disipó, las primeras estrellas y galaxias se hicieron visibles. Pero, ¿cómo se sucedió? ¿Fue un proceso rápido o se prolongó en un tiempo que nos parecería infinito? Un equipo internacional de astrónomos que estudian algunas de las galaxias más lejanas detectadas hasta ahora ha sido capaz de establecer por primera vez una especie de «calendario» de la iluminación del cosmos, cuando se volvió transparente a la luz ultravioleta. Los científicos han demostrado, según publican en la revista especializada Astrophysical Journal, que esta fase debió ocurrir más rápido de lo que se pensaba. Además, creen que estrellas cien veces más masivas que el Sol pudieron ser los candiles que alumbraron la oscuridad primigenia.

El estudio de un periodo tan primitivo en la historia cósmica es técnicamente difícil, ya que se necesitan observaciones muy precisas de galaxias extremadamente distantes y tenues, una tarea que sólo puede ser realizada por los telescopios más potentes. Durante tres años, los científicos utilizaron el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Cerro Paranal (Chile) como una máquina del tiempo para viajar al pasado, hacia el Universo primitivo, y poder observar las galaxias más lejanas. El equipo fue capaz de medir sus distancias con precisión y determinó que las estamos viendo tal como eran entre 780 millones y mil millones de años después del Big Bang.



Las nuevas observaciones permitieron a los astrónomos establecer por primera vez un cronograma para lo que se conoce como la era de la reionización. Durante esta fase, la niebla de gas de hidrógeno en el Universo primitivo se fue despejando, permitiendo que la luz ultravioleta pasara sin obstáculos por primera vez.

«Los arqueólogos pueden reconstruir una cronología del pasado a partir de los artefactos que encuentran en las diferentes capas del suelo. Los astrónomos podemos hacer algo mejor: podemos ver directamente en el pasado remoto y observar la tenue luz de las galaxias en diferentes etapas de la evolución cósmica», explica Adriano Fontana, del Observatorio Astronómico de Roma y responsable de la investigación. «Las diferencias entre las galaxias nos hablan de las cambiantes condiciones en el Universo en este importante período, y la rapidez con que estos cambios fueron ocurriendo».

Los diferentes elementos químicos brillan en colores característicos. Estos signos en el brillo se conocen como líneas de emisión. Una de las líneas de emisión de rayos ultravioleta más fuertes es la línea Lyman-alfa, que proviene del gas de hidrógeno. Es lo suficientemente brillante y reconocible como para ser vista incluso en las observaciones de galaxias muy débiles y lejanas.

Detectar la línea Lyman-alfa de cinco galaxias lejanas permitió al equipo determinar las distancias de las galaxias y, de esta forma, saber cuánto tiempo después del Big Bang las estaban observando. Esto les permitió colocarlas en orden, creando [b]una línea de tiempo que muestra cómo la luz de las galaxias fue evolucionando. Además, fueron capaces de ver hasta qué punto la emisión Lyman-alfa -proveniente del hidrógeno que brilla al interior de las galaxias- fue reabsorbida por la niebla de hidrógeno neutro en el espacio intergaláctico en diferentes puntos en el tiempo.El bosque de Lyman-alfa es el conjunto de líneas de absorción que aparecen entre la transición Lyman-alfa del hidrógeno neutro y la localización desplazada al rojo de esta transición en el espectro de un cuásar o una galaxia lejana.

Estas líneas de absorción se producen por las nubes de hidrógeno neutro que se encuentran entre nosotros y el objeto distante. Debido a la Ley de Hubble los objetos presentan un desplazamiento al rojo de sus líneas espectrales proporcional a la distancia a la que se encuentran de nosotros. Al encontrarse la luz emitida por el cuásar con una nube de hidrógeno se produce una absorción Lyman-alfa al desplazamiento al rojo que le corresponde a la nube. De esta manera vemos distintas líneas de absorción correspondientes a nubes a distintas distancias. El conjunto de estas líneas (bosque) se encuentra entre la línea Lyman-alfa del cuásar y zona donde se encontraría la línea a una distancia nula (sin desplazamiento al rojo; 121,6 nm).

Este bosque de líneas nos permite comprobar las propiedades del medio intergaláctico al poder observar regiones que de otro modo serían imposibles de detectar. Estas regiones se encuentran a distintas distancias y muestrean distintas edades del Universo, de esta manera se pueden usar para realizar estudios cosmológicos.

La densidad de líneas en el bosque de Lyman-alfa aumenta con el desplazamiento al rojo (z), hasta que a z ~ 6 hay tanto hidrógeno neutro en el medio intergaláctico que las líneas de absorción se funden en un canal de Gunn-Peterson. La aparición de este efecto señala el fin de la época de reionización del universo.

En 200 millones de años

«Vemos una diferencia dramática entre la cantidad de luz ultravioleta que fue bloqueada en las galaxias más tempranas y en las más tardías de la muestra», dice la autora principal, Laura Pentericci, del Observatorio Astronómico de Roma. «Cuando el Universo tenía sólo 780 millones años de edad, este hidrógeno neutro era muy abundante, ocupando entre un 10 y un 50% del volumen del Universo. Pero [b]sólo 200 millones de años después, la cantidad de hidrógeno neutro se había reducido a un nivel muy bajo, similar al que vemos hoy en día. Parece que la reionización debe haber ocurrido más rápido de lo que los astrónomos pensaban».

Además de sondear la velocidad a la que se despejó la niebla primordial, las observaciones del equipo también apuntan a la probable fuente de luz ultravioleta que proporcionó la energía necesaria para que se produjera la reionización. Varias teorías compiten para explicar el origen de esta luz, entre las cuales destacan dos: la primera generación de estrellas en el Universo, y la intensa radiación emitida por materia que cae hacia un agujero negro.

«El análisis detallado de la tenue luz de dos de las galaxias más distantes que encontramos sugiere que la primera generación de estrellas podría haber contribuido a la producción de la energía observada», dice Eros Vanzella, del Observatorio de Trieste. «Se trataría de estrellas muy jóvenes y masivas, cerca de 5.000 veces más jóvenes y cien veces más masivas que nuestro Sol, y podrían haber sido capaces de disolver la niebla primordial y volverla transparente».

Las mediciones de alta precisión requeridas para confirmar o refutar esta hipótesis, y demostrar que las estrellas pueden producir la energía necesaria, requieren observaciones desde el espacio o con el planeado Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT) de ESO, que será el ojo más grande del mundo en el cielo cuando esté terminado, a principios de la próxima década.



El Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT por su nombre en inglés, European Extremely Large Telescope) es un telescopio terrestre de grandes dimensiones, con un diámetro de 39 metros. Es la propuesta del Observatorio Europeo del Sur para la nueva generación de telescopios ópticos. El Observatorio Europeo del Sur (ESO) se ha centrado en este nuevo diseño, más pequeño de lo previsto, después de que un estudio de viabilidad del anterior proyecto, un telescopio de 100 metros de diámetro conocido como Overwhelmingly Large Telescope, concluyera en que costaría alrededor de 1.500 millones de Euros y sería demasiado complejo.El 26 de abril de 2010, el Consejo del Observatorio Europeo Austral (ESO) seleccionó Cerro Armazones como ubicación de referencia del futuro E-ELT.

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