Abril 19, 2002: Mucho se ha escrito sobre los tres primeros minutos del Universo
después de la Gran Explosión (Big Bang). Pero, ¿que saben los astrónomos sobre los primeros
millones de años de la infancia de nuestro Universo?
Los científicos coinciden en que durante esta época, la materia se aglutinó,
de alguna forma, para formar estrellas y galaxias — ¿pero cómo ocurrió?
¿qué apareció primero, las estrellas o las galaxias? ¿y qué
quedó en el vacío luego que se formaron? ¿espacio vacío o enormes nubes
de un gas ahora invisible?
Arriba: Casi todo lo que aparece en esta imagen de «campo profundo» del Hubble
es una galaxia joven y distante. [más
información]
De las respuestas a estas preguntas, depende — cómo comenzó nuestro Universo — y cómo va a terminar.
Buscando las respuestas a estas preguntas, NASA apuntó un telescopio orbital
llamado «FUSE» (abreviado Far-Ultraviolet Spectroscopic Explorer) o Explorador Espectroscópico
Ultravioleta Lejano, hacia un quasar distante — el núcleo brillante y activo de
una galaxia ubicada a unos 10 mil millones de años luz, cerca del borde del Universo conocido.
Durante 20 días, entre agosto y octubre del 2000, el FUSE acumuló en su detector la luz
ultravioleta lejano del espectro del quasar. (La radiación, o luz, Ultravioleta Lejano
es unas 5 veces más potente que los rayos ultravioletas conocidos, aquellos que producen quemaduras
en la piel a quienes gustan de ir a la playa). Al mismo tiempo, otros astrónomos usaron el Telescopio
Espacial Hubble y el gigantesco telescopio Keck, ubicado en el volcán Mauna Kea de Hawaii,
para analizar el quasar en las longitudes de ondas ultravioleta ordinario, y visual.
Luego vinieron los análisis — y comenzaron los descubrimientos.
En verdad, los astrónomos no estaban interesados en el quasar (conocido como HE2347-4342, por
su designación en el catálogo estelar), intentaban ver lo que pudiera haber entre la Tierra
y el quasar — en este caso, tenues nubes de gas de helio ubicadas en el espacio
intergaláctico.
El helio no es el gas más
abundante en el Universo — lo es el hidrógeno (10% y 90% por cantidad, respectivamente) y ¿porqué
no buscar entonces nubes de hidrógeno?. Porque durante los primeros miles de millones de
años después de la Gran Explosión, la mayor parte del hidrógeno existente entre las galaxias
resultó destruido. La culpa fue de los quasares, que abundaban en aquella época; su potente
radiación — emitían tanta energía por segundo como miles de galaxias normales — rompió
los enlaces de los átomos del hidrógeno intergaláctico en protones y electrones.
Estas partículas sub-atómicas «sueltas», son esencialmente transparentes y muy
difíciles de detectar.
Arriba: Quasares como el de la imagen bañaban el temprano Universo con
radiación ionizante. [más información]
El helio, mientras tanto, no es tan fácil de ocultar. Tiene dos electrones que son
difíciles de separar. Aunque la radiación de los quasares dividía los átomos de
hidrógeno en dos, muchos átomos de helio habrían permanecido más o menos
intactos. (Un átomo de helio podría perder un electrón, pero rara vez dos.)
Según Philippe Crane, Científico del Tema Orígenes (Origins Theme Scientist)
de las Oficinas Centrales de la NASA, esta es la razón por la que el helio fascina a los
cosmólogos: «es una herramienta útil para sondear el temprano Universo».
El gas de helio entre nosotros y el quasar HE2347-4342 reveló su presencia al FUSE
absorbiendo ciertos «colores» o longitudes de onda específicos de la luz del quasar
en la región ultravioleta lejano de su espectro. Mientras tanto, los observadores del
Hubble y el Keck, trabajando en longitudes de ondas más largas, encontraron hidrógeno
en muchas de las mismas nubes. (La información sobre la combinación de hidrógeno y
helio puede informarles a los investigadores mucho más sobre las condiciones de la nube, que
cualquiera de éstos en forma separada).
Desde hace tiempo, los cosmólogos piensan que el gas,
durante las primeras épocas del Universo, se condensó en estructuras semejantes a
telas de araña, llenando el espacio intergaláctico. Pequeñas ondas existentes
en la distribución de esta materia, se transformaron posteriormente en las estrellas y galaxias
que vemos actualmente. «Las nubes detectadas por los telescopios FUSE, Keck y Hubble son muestras
de estas tenues estructuras intergalácticas», dice Crane.
Arriba: Esta imagen, de un modelo de computador en colores simulados del Universo temprano,
tiene 30 millones de años luz por lado. Los hilos de color verde son tenues nubes de gas
intergaláctico. [más
información]
Mirar lejos hacia el espacio, es equivalente a mirar hacia atrás en el tiempo. Por ello,
cuando los astrónomos observaron nubes cerca del quasar HE2347-4342, sabían que las
veían tal como eran hace unos 10 mil millones de años — una antigüedad impresionante,
considerando que se piensa que el Universo tiene una edad de 14 o 15 mil millones de años. Al
menos eso fue lo que los astrónomos calcularon por el
desplazamiento hacia el rojo
(hacia mayores longitudes de ondas) de las líneas espectrales (longitudes
de ondas específicas o colores), movimiento fuera de sus posiciones normales y producto de la expansión
del Universo.
Por ello, al estudiar el desplazamiento hacia el rojo de distintas longitudes de ondas del espectro
luminoso del quasar, los investigadores pudieron trazar la forma cómo, a través del
tiempo, la transparencia (ionización) de las «redes» intergalácticas aumentaba
o disminuía, a medida que el Universo se expandía y evolucionaba.
Los átomos de helio, que delinean las
redes que detecta el FUSE, se formaron durante los primeros minutos de la propia Gran Explosión. Al comienzo,
(N del Traductor: y debido a la alta temperatura existente) los núcleos de helio
se encontraban en su forma más simple.
Pero luego, a medida que el Universo se expandía (y enfriaba), los núcleos capturaron
electrones transformándose en átomos neutros de helio. Estos átomos gaseosos generaron
la niebla casi opaca que disminuye la luz de los quasares distantes. (N del T: y oculta las primeras
estrellas y galaxias, en la llamada Edad Oscura del Universo)
Arriba: Una ilustración artística del FUSE asomándose
al pasado lejano y nebuloso.
Tiempo después, torrentes de radiación se difundieron por el espacio, posiblemente
generados por los quasares, que recalentaron y reionizaron parte del gas de helio. Debido a que los
iones de helio absorben menos fotones de luz, el gas se hizo nuevamente transparente, permitiendo,
una vez más, que la luz de los quasares lejanos brille a través del espacio — de la
misma forma en que la luz del sol naciente evapora la niebla matutina para permitir que veamos las
montañas en la distancia.
Al comparar las observaciones del helio del FUSE con las del hidrógeno realizadas por
el Keck y el Hubble, los astrónomos pudieron determinar que los períodos
transparentes — esto es, los momentos en los que el helio estuvo fundamentalmente
ionizado — fueron producidos tanto por la radiación de los brillantes quasares como por
la tormenta de fuego generada por la formación de estrellas en galaxias más comunes.
Antes del FUSE, el candidato principal eran sólo los quasares.
Estos nuevos resultados indican a los científicos cómo era el ambiente
de radiación en las primeras épocas del Universo. Así es, dice Crane, la
información del FUSE muestra que «la presión de la radiación era tan
importante como la de la gravedad, para hacer que la materia se condensara en estrellas y galaxias».
Arriba: (arriba) el espectro de absorción del helio del quasar HE2347-4342 tal como fue
captado por el FUSE. (abajo) El espectro de absorción del hidrógeno del mismo quasar captado
por el Keck. Las áreas sombreadas, de arriba, en verde, revelan líneas de absorción de
helio sin el hidrógeno correspondiente.
[más información]
El mayor descubrimiento, sin embargo, fue, tal vez, lo que no vieron ni el Hubble, ni el Keck. Algunas
nubes que pudieron ser vistas por el FUSE debido al helio que contenían, fueron invisibles para el
Hubble y el Keck — telescopios que pudieron ver sólo hidrógeno. «Con seguridad,
el hidrógeno está allí», destaca Crane, «pero está oculto: los
átomos son transparentes debido a que han sido fraccionados por la potente radiación.
Así, a la deriva entre las galaxias, podrían existir vastas nubes de hidrógeno
invisible — un importante depósito de masa en nuestro Universo. Y aunque una mirada y un solo quasar,
no bastan para revelar cuanta materia se esconde en esta forma, ahora que el FUSE logró encontrar
algo, la búsqueda de nuevas pistas sobre la historia de nuestro Universo, puede empezar.
Enlaces a la red y más (en inglés y español)… |
FUSE – una misión apoyada por la NASA que fue lanzada el 24 de
La Primera Luz Estelar — (Ciencia@NASA)
El medio intergaláctico — (FUSE) un resumen científico por Gerard
Una Nueva Vista del Helio Primordial, Huellas de la Estructura del Temprano Universo
Determinando la Estructura del Helio Ionizado en el Medio Intergaláctico
Quasares y Galaxias Activas — aprenda más sobre los quasares de la Guía de Campo de
La Escala de Tiempo del Universo — un cursillo sobre el
Exposición FUSE en el Centro de las Ciencias de Maryland, Estados Unidos.
¿Solución sobre la Cosmología? ¡Aún No! — (APOD); vea también «Preguntas Frecuentes en Cosmología» de la UCLA. Curso de Cosmología – Aula Científica — un interesante índice de los grandes
«Gran Finale de Fuegos Artificiales» Apareció Primero en el Temprano Universo. |
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