Ese equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Washington, la Universidad de Melbourne, la Universidad de Curtin y la Universidad de Brown, informó el año pasado en el Astrophysical Journal que había logrado una mejora casi 10 veces mayor de los datos de emisiones de radio recopilados por el Murchison Widefield Array . Los miembros del equipo actualmente están rastreando los datos de este radiotelescopio en el remoto oeste de Australia en busca de una señal reveladora de esta "edad oscura" poco entendida de nuestro universo.
Aprender sobre este período ayudará a abordar las principales preguntas sobre el universo actual.
"Creemos que las propiedades del universo durante esta era tuvieron un efecto importante en la formación de las primeras estrellas y pusieron en marcha las características estructurales del universo actual", dijo el miembro del equipo Miguel Morales , profesor de física de la Universidad de Washington. "La forma en que se distribuyó la materia en el universo durante esa época probablemente dio forma a la distribución actual de las galaxias y los cúmulos galácticos".
Antes de esta edad oscura, el universo era cálido y denso. Los electrones y los fotones se atrapaban regularmente entre sí, haciendo que el universo fuera opaco. Pero cuando el universo tenía menos de un millón de años, las interacciones electrón-fotón se volvieron raras. El universo en expansión se volvió cada vez más transparente y oscuro, comenzando su edad oscura.
La era sin estrellas duró cientos de millones de años durante los cuales el hidrógeno neutro (átomos de hidrógeno sin carga general) dominó el cosmos.
"Para esta edad oscura, por supuesto, no hay una señal basada en la luz que podamos estudiar para aprender sobre ella, ¡no había luz visible!" dijo Morales. “Pero hay una señal específica que podemos buscar. Proviene de todo ese hidrógeno neutro. Nunca hemos medido esta señal, pero sabemos que está ahí afuera. Y es difícil de detectar porque en los 13 mil millones de años desde que se emitió esa señal, nuestro universo se ha convertido en un lugar muy ocupado, lleno de otras actividades de estrellas, galaxias e incluso nuestra tecnología que ahogó la señal del hidrógeno neutro ".
La señal de 13 mil millones de años que buscan Morales y su equipo es una emisión de radio electromagnética que el hidrógeno neutro emanó a una longitud de onda de 21 centímetros. El universo se ha expandido desde entonces, extendiendo la señal a casi 2 metros.
Esa señal debería albergar información sobre la edad oscura y los eventos que la terminaron, dijo Morales.
Cuando el universo tenía solo mil millones de años, los átomos de hidrógeno comenzaron a agregarse y formar las primeras estrellas, poniendo fin a la edad oscura. La luz de esas primeras estrellas inició una nueva era, la Época de Reionización, en la que la energía de esas estrellas convirtió gran parte del hidrógeno neutro en un plasma ionizado . Ese plasma domina el espacio interestelar hasta nuestros días.
"La época de la reionización y la edad oscura que la precede son períodos críticos para comprender las características de nuestro universo, como por qué tenemos algunas regiones llenas de galaxias y otras relativamente vacías, la distribución de la materia y potencialmente incluso la materia oscura y la energía oscura". dijo Morales.
El Murchison Array es la herramienta principal del equipo. Este radiotelescopio consta de 4.096 antenas dipolo, que pueden captar señales de baja frecuencia como la firma electromagnética de hidrógeno neutro.
Pero ese tipo de señales de baja frecuencia son difíciles de detectar debido al "ruido" electromagnético de otras fuentes que rebotan en el cosmos, incluidas las galaxias, las estrellas y la actividad humana. Morales y sus colegas han desarrollado métodos cada vez más sofisticados para filtrar este ruido y acercarlos a esa señal. En 2019, los investigadores anunciaron que habían filtrado la interferencia electromagnética, incluso de nuestras propias transmisiones de radio, de más de 21 horas de datos de Murchison Array.
En el futuro, el equipo tiene alrededor de 3.000 horas de datos de emisiones adicionales recopilados por el radiotelescopio. Los investigadores están tratando de filtrar la interferencia y acercarse aún más a esa elusiva señal del hidrógeno neutro, y a la edad oscura que puede iluminar.
Además de la UW, los miembros del equipo incluyen científicos de la Universidad de Melbourne; Universidad Curtin en Perth, Australia Occidental; la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth en Australia; Universidad del estado de Arizona; Universidad de Brown; el Instituto de Tecnología de Massachusetts; Universidad de Kumamoto en Japón; y la Universidad Raman en India. El artículo de 2019 se basa en la tesis doctoral de la UW de Nichole Barry , con contribuciones clave adicionales de la UW de los estudiantes de doctorado de física Michael Wilensky y Ruby Byrne, el científico investigador Bryna Hazelton, el investigador postdoctoral Ian Sullivan y Morales. Barry es ahora un investigador postdoctoral en la Universidad de Melbourne.
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