El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA investigará la transición del universo al actual brillante paisaje estelar, una era conocida como el amanecer cósmico. En la actualidad, grandes extensiones del espacio son cristalinas, pero no siempre fue así. Durante su infancia, el universo estaba lleno de una 'niebla' que lo hacía opaco y ocultaba las primeras estrellas y galaxias.
“Algo muy fundamental sobre la naturaleza del Universo cambió durante este tiempo”, dijo Michelle Thaller, astrofísica del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland (Estados Unidos). “Gracias a la gran y nítida imagen infrarroja de Roman, finalmente podremos entender qué sucedió durante un punto de inflexión cósmico crítico”, señaló.
Según informa la NASA, poco después de su nacimiento, el cosmos era un mar hirviente de partículas y radiación. A medida que el universo se expandía y se enfriaba, los protones con carga positiva pudieron capturar electrones con carga negativa para formar átomos neutros, principalmente hidrógeno, más algo de helio.
Probablemente, añade, el hidrógeno y el helio gaseosos tardaron “mucho tiempo” en fusionarse para formar estrellas, que luego gravitaron juntas para formar las primeras galaxias. Pero incluso cuando las estrellas comenzaron a brillar, su luz no pudo viajar muy lejos antes de impactar y ser absorbida por átomos neutros. Este período, conocido como la edad oscura cósmica, duró desde unos 380.000 a 200 millones de años después del Big Bang.
Posteriormente, la 'niebla' se disipó lentamente a medida que más y más átomos neutros se rompieron durante los siguientes cientos de millones de años, un período llamado el amanecer cósmico.
“Tenemos mucha curiosidad por saber cómo se produjo el proceso”, dijo Aaron Yung, becario Giacconi en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, que está ayudando a planificar las observaciones tempranas del universo de Roman. “La visión amplia y nítida del espacio profundo de Roman nos ayudará a sopesar diferentes explicaciones”, agregó.
Principales sospechosos
La NASA cree que es posible que las galaxias primitivas sean en gran medida las responsables de la luz energética que rompió los átomos neutros. Los primeros agujeros negros también pueden haber desempeñado un papel. Roman buscará en todas partes para examinar a los posibles “culpables”.
“Roman será un instrumento excelente para encontrar los elementos básicos de las estructuras cósmicas, como los cúmulos de galaxias que se forman más tarde”, afirmó Takahiro Morishita, científico asistente de Caltech/IPAC en Pasadena, California, que ha estudiado el amanecer cósmico. “Identificará rápidamente las regiones más densas, donde se está despejando más 'niebla', lo que convierte a Roman en una misión clave para investigar la evolución temprana de las galaxias y el amanecer cósmico”, dijo.
Las primeras estrellas eran probablemente muy diferentes de las modernas. Cuando la gravedad empezó a atraer la materia, el universo era muy denso. Las estrellas posiblemente se volvieron cientos o miles de veces más masivas que el Sol y emitían gran cantidad de radiación de alta energía. La gravedad amontonó a las estrellas jóvenes para formar galaxias, y su explosión acumulada puede haber vuelto a arrancar electrones de los protones en las burbujas de espacio que las rodeaban.
“Podríamos decir que fue la fiesta del comienzo del universo”, dijo Thaller, quien aseguró: “Nunca hemos visto el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias, ¡pero debió ser espectacular!”
Pero estas estrellas de gran peso no duraron mucho. Los científicos creen que colapsaron rápidamente, dejando atrás agujeros negros, objetos con una gravedad tan extrema que ni siquiera la luz puede escapar de sus garras. Como el universo joven también era más pequeño porque no se había expandido durante mucho tiempo, hordas de esos agujeros negros podrían haberse fusionado para formar otros aún más grandes, de hasta millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol, explica la NASA.
Los agujeros negros supermasivos pueden haber ayudado a despejar la “niebla” de hidrógeno que impregnaba el universo primitivo. El material caliente que gira alrededor de los agujeros negros en los centros brillantes de las galaxias activas, llamados cuásares, antes de caer en ellos puede generar temperaturas extremas y emitir enormes y brillantes chorros de intensa radiación. Los chorros pueden extenderse cientos de miles de años luz, arrancando los electrones de cualquier átomo que se interponga en su camino.
El telescopio espacial James Webb de la NASA también está explorando el amanecer cósmico, utilizando su visión más estrecha pero más profunda para estudiar el universo primitivo. Al combinar las observaciones de Webb con las de Roman, los científicos generarán una imagen mucho más completa de esta era.
Hasta ahora, Webb ha descubierto más cuásares de lo previsto, dada su rareza y el pequeño campo de visión de Webb. La vista ampliada de Roman ayudará a los astrónomos a comprender qué está pasando al ver cuán comunes son realmente los cuásares, ya que es probable que encuentre decenas de miles en comparación con el puñado que Webb puede encontrar.
