Un equipo de científicos que trabaja con el radiotelescopio Murchison Widefield Array (WMA) está tratando de encontrar la señal de las primeras estrellas del Universo. Esas primeras estrellas se formaron después de la Edad Media del Universo. Para encontrar su primera luz, los investigadores están buscando la señal del hidrógeno neutro, el gas que dominó el Universo después de la Edad Media.
Las primeras estrellas tardaron un tiempo en formarse. Después del Big Bang, el universo estaba extremadamente caliente; demasiado caliente para que se formen átomos. Sin átomos, no podría haber estrellas. No fue sino hasta unos 377,000 años después del Big Bang que el Universo se había expandido y enfriado lo suficiente como para que se formaran átomos, principalmente hidrógeno neutro con un poco de helio. (Y rastros de litio.) Después de eso, las primeras estrellas comenzaron a formarse, durante la Época de la Reionización.
Para encontrar la elusiva señal de ese hidrógeno neutro, el MWA se reconfiguró. El MWA se encuentra en el remoto oeste de Australia, y tenía 2048 antenas de radio dispuestas en 128 "mosaicos" cuando comenzó a funcionar en 2013. Para buscar la elusiva señal de hidrógeno neutro, el número de mosaicos se duplicó a 256, y toda la matriz fue reorganizado Todos los datos de estos receptores se envían a una supercomputadora llamada Correlator.
Un nuevo artículo que se publicará en Astrophysical Journal presenta los resultados del primer análisis de datos de la matriz recién configurada. El artículo se titula "Resultados del espectro de potencia de la primera temporada MWA Fase II EoR en Redshift 7". El investigador principal es Wenyang Li, estudiante de doctorado en la Universidad de Brown.
Esta investigación tuvo como objetivo comprender la fuerza de la señal del hidrógeno neutro. El análisis estableció el límite más bajo para esa señal, un resultado clave en la búsqueda de la señal débil.
"Podemos decir con confianza que si la señal de hidrógeno neutral fuera más fuerte que el límite establecido en el documento, entonces el telescopio lo habría detectado", dijo Jonathan Pober, profesor asistente de física en la Universidad de Brown y autor correspondiente del nuevo papel. "Estos hallazgos pueden ayudarnos a limitar aún más el momento en que las edades oscuras cósmicas terminaron y surgieron las primeras estrellas".
A pesar de lo que parece una línea de tiempo detallada de los eventos en el Universo temprano, existen brechas significativas en nuestra comprensión. Sabemos que después de la Edad Media, comenzó la Época de la reionización. Fue entonces cuando la formación de átomos condujo a la aparición de las primeras estructuras en el Universo, como estrellas, galaxias enanas y cuásares. A medida que esos objetos se formaron, su luz se extendió a través del Universo, reionizando el hidrógeno neutro. Después de eso, el hidrógeno neutro desapareció del espacio interestelar.
Los científicos quieren saber cómo cambió el hidrógeno neutro a medida que la Edad Media dio paso a la Época de la Reionización, y la Época de la Reionización se desarrolló. Las primeras estrellas que se formaron en el Universo fueron bloques de construcción de la estructura que vemos hoy, y para comprenderlos, los científicos necesitan encontrar la señal de ese temprano hidrógeno neutro.
Pero eso no es fácil. La señal es débil y se necesitan detectores extremadamente sensibles para encontrarla. Aunque el hidrógeno neutro emitió inicialmente su radiación a una longitud de onda de 21 cm, la señal se ha extendido debido a la expansión del Universo. Ahora son unos 2 metros. Esa señal de 2 metros ahora se pierde fácilmente entre una gran cantidad de otras señales similares, tanto naturales como humanas. Es por eso que el MWA está en la remota Australia, para aislarlo del mayor ruido de radio posible.
"Todas estas otras fuentes son muchos órdenes de magnitud más fuertes que la señal que estamos tratando de detectar", dijo Pober. "Incluso una señal de radio FM que se refleja en un avión que pasa por encima del telescopio es suficiente para contaminar los datos".
Aquí es donde entra en juego el poder de procesamiento de la supercomputadora Correlator. Tiene el poder de descartar señales contaminantes y también de explicar la naturaleza del MWA en sí.
"Si observamos diferentes frecuencias de radio o longitudes de onda, el telescopio se comporta de manera un poco diferente", dijo Pober. "Corregir la respuesta del telescopio es absolutamente crítico para luego hacer la separación de contaminantes astrofísicos y la señal de interés".
La reconfiguración de la matriz, las técnicas de análisis de datos, el poder de la supercomputadora y el arduo trabajo de los investigadores produjeron resultados. El artículo presenta un nuevo límite superior para la señal del hidrógeno neutro. Esta es la segunda vez que los científicos que trabajan con el MWA han lanzado un nuevo límite más ajustado. Con el progreso continuo, los científicos esperan encontrar la señal evasiva en sí.
"Este análisis demuestra que la actualización de la fase dos tuvo muchos de los efectos deseados y que las nuevas técnicas de análisis mejorarán los análisis futuros", dijo Pober. "El hecho de que MWA haya publicado consecutivamente los dos mejores límites de la señal da impulso a la idea de que este experimento y su enfoque son muy prometedores".
Más:
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