Las primeras estrellas y galaxias se formaron más rápidamente de lo esperado

El análisis de datos del Telescopio del Polo Sur, de la Fundación Nacional de Ciencia, define por primera vez con mejor precisión el periodo de la evolución cosmológica cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias e iluminaron gradualmente el Universo. Los datos indican que este periodo, conocido como época de reionización, era más corto de lo que especulaban los teóricos, y terminó pronto.

“Encontramos que la época de reionización duró menos de 500 millones de años y empezó cuando el Universo tenía al menos 250 millones de años de antigüedad”, dice Oliver Zahn, becario de postdoctorado en el Centro Berkeley de Física Cosmológica en la Universidad de California, en Berkeley, que lideró el estudio. “Antes de estas medidas, los científicos pensaban que la reionización duró 750 millones de años, o más, y no había pruebas de cuándo empezó la reionización”.

Los hallazgos de Zahn, y sus colegas del Instituto Kavli para Física Cosmológica en la Universidad de Chicago, así como de otras instituciones, se han publicado en un par de artículos que aparecen en el ejemplar del 1 de septiembre de 2012 en la revista Astrophysical Journal. Sus últimos resultados están basados en un nuevo análisis que combina las medidas tomadas por el Telescopio del Polo Sur en tres frecuencias, y extienden estas medidas a un área mayor que cubre aproximadamente el 2 por ciento del cielo. El Telescopio del Polo Sur de 10 metros funciona en las longitudes de onda milimétricas para crear imágenes de alta resolución del fondo de microondas cósmico, la luz dejada por el Big Bang.

“Estudiar la época de la reinozación es importante debido a que representa una de las pocas formas mediante las que podemos estudiar las primeras estrellas y galaxias”, dice el coautor del estudio John Carlstrom, Distinguido Profesor S. Chandrasekhar en Astronomía y Astrofísica.

Antes de que se formasen las primeras estrellas, la mayor parte de la materia del Universo estaba en forma de átomos de hidrógeno neutro. La radiación procedente de las primeras estrellas transformó el gas neutro en un plasma de electrones-protones. Las observaciones con el satélite WMAP de las señales polarizadas en el CMB indican que esta época tuvo lugar hace casi 13.000 millones de años, pero estas observaciones no dieron indicaciones de cuándo empezó la época o lo que duró.

Las primeras estrellas que se formaron probablemente eran entre 30 y 300 veces más masivas que el Sol y millones de veces más brillantes, ardiendo durante unos millones de años antes de estallar. La energética luz ultravioleta procedente de estas estrellas fue capaz de dividir los átomos de hidrógeno de nuevo en protones y electrones, ionizándolos.

Los científicos creen que, durante la reionización, las primeras galaxias formaron “burbujas” ionizadas en el gas neutro que las rodeaba. Los electrones de estas burbujas se dispersarían con las partículas de luz procedentes del fondo de microondas cósmico. Esto crearía puntos calientes y fríos en el CMB dependiendo de si una burbuja se mueve alejándose o acercándose a la Tierra. Una época de reionización más larga crearía más burbujas, llevando a una señal mayor en el CMB.

La corta duración de esta época indica que la reionización fue mucho más explosiva de lo que habían pensado anteriormente los científicos. Sugiere que las galaxias masivas desempeñaban un papel clave en la reionización, debido a que las galaxias menores se habrían formado mucho antes. Una reionización rápida también se enfrenta a muchos fenómenos astrofísicos propuestos que frenarían el proceso.

Esto es solo el inicio de lo que los astrónomos esperan aprender sobre la reionización gracias al Telescopio del Polo Sur. Los actuales resultados se basan en solo el primer tercio de todo el estudio del telescopio. Hay trabajos adicionales en desarrollo para combinar los mapas del Telescopio del Polo Sur con los del satélite Herschel para aumentar la sensibilidad a la señal de reionización.

“Esperamos medir la duración de la reionización con un margen de 50 millones de años con el actual estudio”, dice el coautor Christian Reichardt, astrofísico de Berkeley. “Con las mejoras ya planificadas en el instrumento, esperamos mejorarlo aún más en los próximos cinco años”.

Fuente: Ciencia Kanija