Durante decenas de millones de años, nuestro Universo recién nacido estuvo envuelto en hidrógeno. Poco a poco, esta vasta niebla fue desgarrada por la luz de las primeras estrellas en un amanecer que definió la forma del cosmos emergente.
Tener una línea de tiempo para este cambio colosal contribuiría en gran medida a ayudarnos a comprender la evolución del Universo, pero hasta ahora nuestros mejores intentos han sido estimaciones borrosas basadas en datos de baja calidad.
Un equipo internacional de astrónomos dirigido por el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania usó la luz de docenas de objetos distantes llamados cuásares para disipar las incertidumbres, determinando que las últimas grandes volutas de “niebla” de hidrógeno se quemaron mucho más tarde de lo que pensábamos al principio, más mil millones de años después del Big Bang.
Los primeros 380.000 años fueron un silbido estático de partículas subatómicas que se congelaron a partir del vacío refrescante del espacio-tiempo en expansión.
Una vez que la temperatura bajó, se formaron átomos de hidrógeno: estructuras simples que consisten en protones solitarios que se unen con electrones individuales.
Pronto todo el Universo se llenó de átomos sin carga, un mar de ellos moviéndose de un lado a otro en la oscuridad infinita.
Donde multitudes de átomos de hidrógeno neutro se acumularon bajo el empujón impredecible de las leyes cuánticas, la gravedad se hizo cargo, atrayendo más y más gas en bolas donde la fusión nuclear podría estallar.
Este primer amanecer, el amanecer cósmico, bañó la niebla de hidrógeno circundante con radiación, expulsando sus electrones de sus protones y convirtiendo los átomos en los iones que alguna vez fueron.
Nunca ha estado claro cuánto tiempo tomó este amanecer, desde la primera luz de esas primeras estrellas hasta la reionización de las últimas bolsas restantes de hidrógeno primordial.
Los estudios realizados hace más de 50 años hicieron uso de la forma en que la luz de los núcleos galácticos violentamente activos (llamados cuásares) fue absorbida por el gas interpuesto que flotaba en el medio intergaláctico cercano. Encuentre una serie de cuásares que se extienden en la distancia, puede ver efectivamente una línea de tiempo de ionización de gas de hidrógeno neutro.
Conocer la teoría es una cosa. En términos prácticos, es difícil interpretar una línea de tiempo precisa a partir de un puñado de cuásares. Su luz no solo está distorsionada por la expansión del Universo, sino que también pasa a través de bolsas de hidrógeno neutro formadas mucho después del amanecer cósmico.
Para tener una mejor idea de este tartamudeo de hidrógeno ionizado en el cielo, los investigadores aumentaron el tamaño de su muestra, triplicando el número anterior de datos espectrales de alta calidad mediante el análisis de la luz de un total de 67 cuásares.
El objetivo era comprender mejor el impacto de estas bolsas más frescas de átomos de hidrógeno, lo que permitiría a los investigadores identificar mejor las ráfagas de ionización más distantes.
Según sus propias cifras, los últimos restos del hidrógeno original cayeron ante los rayos de luz estelar de primera generación alrededor de 1.100 millones de años después del Big Bang.
“Hasta hace unos años, la sabiduría predominante era que la reionización se completó casi 200 millones de años antes”. dice astrónomo Frederick Davies del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.
“Aquí ahora tenemos la evidencia más fuerte hasta ahora de que el proceso terminó mucho más tarde, durante una época cósmica más fácilmente observable por las instalaciones de observación de la generación actual”.
La tecnología futura capaz de detectar directamente las líneas espectrales emitidas por la reionización del hidrógeno debería poder aclarar aún más no solo cuándo terminó esta época, sino también proporcionar detalles críticos sobre cómo se desarrolló.
“Este nuevo conjunto de datos proporciona un punto de referencia crucial contra el cual se probarán las simulaciones numéricas de los primeros mil millones de años del Universo en los próximos años”. dice Davies.
Esta investigación fue publicada en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.