Por primera vez, investigadores de la Universidad de Tel Aviv han predicho lo que podría descubrirse al detectar ondas de radio originadas en el universo temprano. Sus resultados sugieren que durante las “edades oscuras cósmicas”, la materia oscura se acumuló en densos grupos en todo el espacio, atrayendo gas hidrógeno que emitía intensas ondas de radio. Este nuevo método podría ofrecer una manera de investigar uno de los mayores misterios de la ciencia: la verdadera naturaleza de la materia oscura.
El trabajo, dirigido por el Prof. Rennan Barkana de la Escuela Sackler de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv, involucró a un Ph.D. estudiante Sudipta Sikder y colegas de Japón, India y el Reino Unido. Sus hallazgos fueron publicados Naturaleza Astronomía.
Estudiando la Edad Oscura Cósmica desde la Luna
Según los investigadores, la edad oscura cósmica (el período justo antes de que se formaran las primeras estrellas) se puede explorar detectando ondas de radio emitidas por el gas de hidrógeno que una vez llenó el universo. Aunque las antenas cotidianas detectan fácilmente las ondas de radio, estas señales antiguas son bloqueadas por la atmósfera de la Tierra. Para estudiarlos se necesitan instrumentos en el espacio, especialmente en la Luna, donde la falta de atmósfera y la interferencia provocada por el hombre proporcionan las condiciones ideales.
Construir un telescopio en la superficie lunar es una tarea desalentadora, pero puede que sea el momento adecuado. Estados Unidos, Europa, China e India están llevando a cabo nuevas misiones lunares en una carrera global para regresar a la Luna. Estas organizaciones buscan objetivos científicos significativos para futuros proyectos lunares, y este nuevo estudio subraya el potencial de la radioastronomía lunar para sondear el universo primitivo.
Explorando el universo antes de las primeras estrellas
El profesor Barkana explicó: “El nuevo telescopio espacial James Webb de la NASA descubrió recientemente galaxias distantes cuya luz obtenemos de las galaxias primordiales, unos 300 millones de años después del Big Bang. Nuestra nueva investigación estudia una era aún anterior y más misteriosa: la Edad Oscura cósmica, sólo 100 millones de años después del Big Bang. Las simulaciones por computadora del Big Bang predijeron la materia. Más tarde ayudaría a formar las primeras estrellas y galaxias. Estas pepitas dependen de ellas y, por lo tanto, pueden ayudar Iluminan propiedades desconocidas de la materia oscura, pero no se pueden observar directamente. Sin embargo, esta materia oscura se adhiere al gas hidrógeno y emite fuertes ondas de radio. Predecimos que el efecto acumulativo de todo esto se puede detectar con antenas de radio que miden la intensidad de radio promedio en el cielo”.
Estas simulaciones sugieren que las señales de radio de la era oscura, aunque débiles, contienen pistas valiosas sobre las estructuras invisibles que sembraron la formación de galaxias. Detectarlos podría cambiar nuestra comprensión de los primeros momentos del universo.
De la Edad Media Cósmica al amanecer de las estrellas
Aunque la señal esperada es débil, observarla con éxito podría abrir una nueva ventana para probar la teoría de la materia oscura. Cuando las primeras estrellas aparecieron en una fase conocida como “amanecer cósmico”, su luz probablemente amplificó dramáticamente esta emisión de radio. Las señales de esa época posterior deberían ser fáciles de detectar con telescopios terrestres, aunque son difíciles de interpretar porque introducen una complejidad adicional a la estructura.
Para abordar este desafío, los científicos están recurriendo a redes masivas de radiotelescopios diseñadas para mapear variaciones sutiles en la intensidad de la radio cósmica. Uno de los mayores esfuerzos es el Square Kilometer Array (SKA), una colaboración global que involucra un conjunto de 80.000 antenas de radio actualmente en construcción en Australia. El profesor Barkana desempeña un papel clave en este proyecto internacional, cuyo objetivo es capturar patrones de emisión de radio fuerte y débil que podrían revelar dónde alguna vez estuvieron los grupos de materia oscura.
Una nueva ventana a los orígenes de la materia oscura
El equipo cree que sus predicciones podrían suponer un importante paso adelante en la comprensión de la materia oscura. Hoy en día, la materia oscura está entrelazada con galaxias y estrellas, lo que hace que sus propiedades sean difíciles de distinguir. Por el contrario, el universo primitivo ofrece un entorno primitivo (esencialmente un laboratorio intacto) para investigar cómo se comporta la materia oscura sin la intervención de estructuras cósmicas posteriores.
El profesor Barkana concluyó: “A medida que las antiguas estaciones de radio están siendo reemplazadas por nueva tecnología que ofrece sitios web y podcasts, los astrónomos están ampliando el alcance de la radioastronomía. Cuando los científicos abren una nueva ventana de observación, generalmente se obtienen descubrimientos sorprendentes. El santo grial de la física es descubrir las propiedades de la materia oscura que sabemos que está en el universo, pero no sabemos mucho sobre su naturaleza y, comprensiblemente, los astrónomos están ansiosos por comenzar a sintonizar la radio cósmica. canales del universo primitivo.”
