lunes, 5 de septiembre de 2016

La tardía formación de las primeras estrellas

Según datos de Planck, las primeras estrellas se formaron de forma abundante más tarde de lo que se creía.

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El Universo al cabo de 1 minuto después del Big Bang era muy distinto de lo que es ahora mismo. La ventaja es que podemos reproducir esas condiciones nuestros laboratorios y saber cómo era.
En esa época el Universo consistían en una densa sopa de partículas: electrones, protones, fotones, etc. No había átomos neutros, sino un plasma. Así que los fotones no podían viajar libremente e interaccionaban fácilmente con las partículas presentes.
Pero, como el Universo se expandía, este se iba enfriando poco a poco. Hasta que transcurridos 380.000 años se enfrió lo suficiente como para formar átomos neutros en lo que se conoce como época de recombinación. Entonces, los fotones fueron libres de viajar y el Universo se hizo transparente por primera vez. Son esos fotones los que ahora, corridos hacia el rojo, forman el fondo cósmico de microondas (FCM). Son esos fotones lo que nos describen cómo era el Universo a los 380.000 años de nacer. Pero, además, esos fotones, en su viaje hacia nosotros también han retenido parte de la historia de lo que pasó después.
Una vez el Universo se hizo transparente seguía siendo aburrido, pues no había galaxias, ni estrellas ni planetas. Por no haber, no había ni elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.
Al cabo de unos cientos de millones de años se formaron las primeras estrellas y, entonces, emitieron luz que inundó el Cosmos. Esta luz, en parte ultravioleta, reionizó el gas que contenía un Universo ya menos denso. A esta época se le llama época de reionización.
Las observaciones de galaxias distantes y de agujeros negros supermasivos indican que el Universo completó su reionización al cabo de 900 millones de años.
Pero deducir cuándo empezó la reionización (y por tanto la primeras estrellas) no es fácil. Además, los resultados que hablan de detección de luz de las primeras estrellas son un tanto controvertidos a la espera de tener telescopios espaciales que puedan detectar mejor esas estrellas.
Sin embargo, podemos usar un truco. Los fotones del FCM tuvieron que interaccionar un poco con la materia ionizada que había cientos de millones de años tras el Big Bang. Esto se tiene que apreciar como una polarización de los fotones del FCM que se producía cuando chocaban con electrones libres. Así que, analizando las fluctuaciones en la polarización de los fotones del FCM, se puede deducir cuándo se formaban las primeras estrellas.
Los datos de 2003 del telescopio espacial WMAP (que estudió el FCM hace unos años) indicaron al principio que las primeras estrellas se tuvieron que formar muy pronto, quizás al cabo de sólo 200 millones de años. Pero esta estimación fue pronto corregida y se propuso que el Universo casi no estaba reionizado hasta transcurridos 450 millones de años.
Esto exigía que o bien las primera generación abundante de estrellas se formó muy pronto (lo que entraba en contradicción con lo que se puede medir) o bien había otras fuentes exóticas que proporcionaran la radiación para la ionización supuestamente medida. Se sabe que se formaban unas pocas estrellas al cabo de 300 o 400 millones de años, pero estas no eran suficientes para la ionización medida.
Más tarde, en 2015, un análisis de datos del FCM tomados por el telescopio Planck reveló que la reionización se produjo todavía más tarde. Según esto, el Universo alcanzo una ionización del 50% solamente al cabo de 550 millones de años.
Ahora, un nuevo estudio sobre esos y otros datos de Plank indican que la reionización se produjo incluso aun más tarde de lo que se creía. El Universo alcanzo una ionización del 50% al cabo de 700 millones de años. Al parecer, la reionización fue un fenómeno muy rápido, pero se produjo más tarde de lo que se creía. Al cabo de sólo otros 300 millones de años el Universo ya estaba completamente ionizado al 100%.
El nuevo estudio también sostiene que no fueron necesarios otros agentes de reionización y que sólo las estrellas bastaron para lograr el efecto.
Finalmente, el resultado implica que la primera generación de galaxias podrá ser observada con los telescopios que están ya en proyecto, como el telescopio espacial James Webb o los telescopios gigantes en tierra firme.
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