El universo no siempre fue un lugar tan bien iluminado. Tenía su propia Edad Media, en los días anteriores a la formación de estrellas y galaxias. El problema es que no hay luz visible viajando a través del Universo desde este período de tiempo.
Ahora, un equipo de astrónomos dirigido por el Dr. Benjamin McKinley del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía (ICRAR) y la Universidad de Curtin está utilizando la Luna para ayudar a descubrir estos secretos.
El universo tiene su propia línea de tiempo histórica, y comprender esta nueva investigación requiere un vistazo a esta línea de tiempo. Después de que el Big Bang puso en marcha las cosas, hubo aproximadamente 377,000 años en los que no sucedió mucho. Aún no se habían formado estrellas, y hacía demasiado calor para que viajaran los fotones. Esta primera parte del tiempo tiene el nombre fácil de recordar "Universo Temprano".
Alrededor de los 377,000 años, el Universo se había enfriado lo suficiente como para volverse transparente. En ese momento, el Universo estaba dominado por átomos de hidrógeno enérgicos. A medida que se enfriaban, el hidrógeno liberaba fotones. Los fotones de este tiempo se conocen como el Fondo Cósmico de Microondas (CMB). El CMB es como un gran destello de ese momento, impreso en el fondo del cosmos.
La marca de 377,000 años es donde comenzó la Edad Media, y continuó hasta alrededor de la marca de mil millones de años. Se llama la Edad Media porque no había estrellas y, por supuesto, no había luz estelar. Había luz del CMB, pero no nos dice lo que necesitamos saber. Afortunadamente, todo ese hidrógeno que se había enfriado y dejó el CMB para que los astrónomos lo estudiaran aún no se había terminado. Esos hidrógeno ahora eran neutros, pero aún liberaban fotones ocasionales, y esos fotones se conocen como la línea de giro de 21 cm de hidrógeno neutro. ¡Uf! Toma un respiro.
Lo que nos lleva a este nuevo estudio. Hay mucha investigación sobre este hidrógeno neutro porque es la vía más prometedora para estudiar los primeros días del Universo. El problema es que la señal es muy débil y está envuelta por otros objetos astrofísicos brillantes en primer plano. Los instrumentos utilizados para medirlo también introducen efectos sistemáticos que deben reducirse. Y de eso se trata realmente este estudio.
Los autores señalan que este es el primero de una serie de artículos sobre esta investigación. El uso de la Luna y la Vía Láctea que se reflejan en él son parte de la calibración finamente sintonizada requerida para sondear los 21 cm. línea de giro de hidrógeno, o lo que vamos a llamar la luz del hidrógeno neutro temprano.
El Dr. McKinley y los otros investigadores están utilizando un radiotelescopio llamado Murchison Widefield Array (MWA) ubicado en una zona radio-tranquila en el desierto de Australia Occidental. El MWA es un interferómetro compuesto por 256 instalaciones separadas que cubren un área de 6 km2. Cada uno de estos 256 sitios contiene 16 receptores separados, con todo el sistema vinculado entre sí.
Lo que el Dr. McKinley y su equipo realmente están tratando de hacer es usar el MWA para "profundizar" a través del brillo del Universo para ver la luz del hidrógeno neutro en la Edad Media. Primero perforan el brillo de la Vía Láctea, luego la luz de otras galaxias, luego el CMB. Con suerte, después de todo lo que se ha tenido en cuenta, lo que queda es la luz del hidrógeno neutro. Este estudio es el comienzo de su intento de aislar la luz del hidrógeno neutro.
"Hemos medido el valor del brillo medio de nuestra galaxia en el lugar donde la Luna la oculta, para mostrar que la técnica funciona". - Dr. McKinley, ICRAR.
En este primer experimento, el equipo utilizó las capacidades del Murchison Widefield Array para medir las fluctuaciones en el brillo medio del cielo. Lo hicieron usando la Luna para bloquear el cielo. En un intercambio de correos electrónicos con la revista Space, el Dr. McKinley explicó el proceso. “Entonces usamos la Luna para producir una fluctuación sobre la media al ponerla en nuestro campo de visión para ocultar el cielo. Suponemos que conocemos el brillo de la Luna (en función de su temperatura) y, por lo tanto, podemos inferir la temperatura media del cielo ".
El problema es que la Luna también es un cuerpo reflexivo. El Universo está vivo con ondas de radio que rebotan, y la Luna refleja algunas de ellas, incluidas las de la Vía Láctea, que deben tenerse en cuenta. Como dice el Dr. McKinley, “Pero la temperatura de la Luna no solo está determinada por su temperatura. También refleja las ondas de radio, incluidas las que se originan en la Tierra y las que provienen del espacio. Es por eso que tuve que modelar la Vía Láctea rebotando desde la Luna hacia el telescopio. Calculamos cuál debería ser el reflejo basado en un modelo de la Vía Láctea y luego lo usamos en nuestro análisis (restándolo del brillo de la Luna) ".
La fascinante imagen de la Vía Láctea reflejada en la Luna no es solo una imagen bonita. Representa una especie de prueba de concepto para los métodos de medición del equipo. "Hemos medido el valor del brillo medio de nuestra galaxia en el lugar donde la Luna la oculta, para mostrar que la técnica funciona", dijo el Dr. McKinley a la revista Space.
El Dr. McKinley y su equipo solo están al comienzo de lo que esperan que sea una línea de investigación fructífera. Todavía necesitan refinar la forma en que representan las emisiones de primer plano y de fondo para aislar las primeras emisiones de radio de hidrógeno. Pero si pueden, habrán abierto una ventana a la esquiva línea de giro de 21 cm de hidrógeno neutro. Y si pueden observar eso, esperan responder algunas preguntas fundamentales sobre la historia del Universo.
- Documento de investigación: "Medición de la señal global de 21 cm con el MWA-I: mediciones mejoradas del fondo del sincrotrón galáctico utilizando ocultación lunar"
- Comunicado de prensa de ICRAR: "La luna ayuda a revelar los secretos del universo"
- Entrada de Wikipedia: Cronología del universo
