El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.
Utilizando los radiotelescopios CLASS en el desierto de Atacama, Chile, se ha conseguido observar cómo las primeras estrellas del universo afectaron a la radiación emitida tras el Big Bang.
Reliquia del Big Bang
Poco después del Big Bang, el universo tan solo era una sopa de partículas, muy densa y muy caliente, que no permitía escapar la radiación. Según el universo se expandió y enfrió, protones y electrones se combinaron para formar los primeros átomos neutros de hidrógeno y esta combinación produjo un intenso flash de radiación: es lo que hoy observamos como el "fondo cósmico de microondas", una auténtica reliquia del Big Bang.
Siguió la expansión, se formaron grandes nubes de hidrógeno y el colapso gravitatorio de estas nubes dio lugar a la formación de las primeras estrellas del universo. Las estrellas comenzaron a quemar hidrógeno en su interior produciendo elementos más pesados y con esta energía nuclear produjeron una intensa radiación ultravioleta que ionizó parte del hidrógeno neutro del entorno (volvió a arrancar los electrones de los átomos en parte del medio interestelar). Este proceso de denomina reionización.
Polarización
La luz queda polarizada cuando se dispersa y refleja sobre un material brillante algo transparente, como la superficie del mar: se produce entonces un resplandor. Es un fenómeno que podemos observar muy bien con unas gafas de sol que lleven un filtro polarizador, haciendo girar el filtro y mirando a través de él, veremos como para determinados ángulos, este resplandor se atenúa o incluso queda totalmente bloqueado.
Pues bien, análogamente, se produjo un resplandor en el amanecer cósmico cuando aquella radiación inicial, que hoy observamos como fondo cósmico de microondas, se vio alterada al encontrarse con los electrones procedentes de la reionización producida por las primeras estrellas. Aquella la luz se polarizó. Y la medida de esta polarización nos proporciona una información muy valiosa sobre cómo era aquel universo primitivo.
La polarización del fondo cósmico de microondas es un fenómeno muy sutil, y hasta ahora solo se había estudiado mediante sondas espaciales como WMAP de la NASA y Planck de la ESA. Fueron medidas, por así decir, únicas, pues estas misiones espaciales tuvieron una duración limitada. Era muy deseable poder medir esta polarización desde tierra, pero esto parecía casi imposible. El fondo cósmico de microondas, que tiene su máximo en las longitudes de onda de unos milímetros, es de por sí una señal muy débil, y su parte polarizada es un millón de veces más débil aún. La atmósfera terrestre y las interferencias causadas por todo tipo de equipos electrónicos, dificultan muchísimo la detección de una señal tan sumamente débil.
Desde Atacama
Con el objetivo de medir esta radiación tan sutil, instituciones norteamericanas construyeron en el remoto desierto de Atacama -donde la atmósfera es muy estable y las interferencias son mínimas- un conjunto de pequeños radiotelescopios denominado CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor). Desde su construcción en 2016 y hasta la fecha, CLASS ha producido mapas de la mayor parte del cielo a longitudes de onda de 3,3 y 7,5 milímetros.
Utilizando estos mapas del fondo cósmico de microondas, el equipo de CLASS publica ahora las primeras medidas realizadas desde tierra de la polarización de esta radiación primordial, unas medidas que están en muy buen acuerdo con las obtenidas previamente por el satélite europeo Planck. Estos datos contribuyen a que nos hagamos una idea mucho más precisa de una de las épocas menos conocidas de la historia del universo: aquel amanecer cósmico que sucedió hace más de 13.000 millones de años en el que se formaron las primerísimas estrellas. Recordemos que aquellas estrellas se formaron sin sistemas planetarios, pues en el espacio interestelar aún no había materiales pesados que permitiesen formar planetas.
El artículo de la colaboración CLASS titulado A Measurement of the Largest-Scale CMB E-mode Polarization with CLASS ha sido publicado el 11 de junio en la revista The Astrophysical Journal. El manuscrito puede encontrase en este enlace.
Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España.