NeoFronteras

Retrasan la formación de las primeras estrellas

Área: Espacio — Domingo, 8 de Febrero de 2015

Nuevos datos de Planck retrasan la formación de las primeras estrellas en 100 millones de años y confirman otros parámetros cosmológicos.

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Mapa de polarización del FCM. Fuente: ESA/Planck Collaboration.

El plasma que generó el Big Bang hace 13.800 millones de años estaba compuesto principalmente por hidrógeno y helio ionizados. Según se expandía el espacio, este plasma se fue enfriando. Al cabo de 380.000 años la temperatura bajó lo suficiente como para que se formaran átomos neutros en lo que se llama recombinación.
Entonces, el Universo se hizo transparente por primera vez y los fotones que contenía pudieron viajar libremente. Esos fotones son los que ahora vemos en el fondo cósmico de microondas (FCM), pues la expansión cosmológica ha alargado desde entonces sus longitudes de ondas hasta hacerlos caer en la gama de las microondas.
Pero en ese momento no había estrellas en el Universo, no había fuentes de luz. Es más, se tardó mucho tiempo en que hubiera estrellas. A la gravedad le costó comprimir ese gas neutro hasta conseguir estrellas y galaxias a partir de las pequeñas irregularidades presentes a comienzos del Big Bang. A ese periodo de tiempo posterior a la recombinación se le ha denominado edad oscura. La luz que posteriormente emitieron las primeras estrellas reionizó el gas circundante.
Ahora, nuevos datos publicados por Planck señalan que esas primeras estrellas se formaron 100 millones de años más tarde de los que se creía. Es decir, las primeras estrellas comenzaron a brillar 550 millones de años tras el Big Bang.
Este resultado proviene de los datos de polarización de la misión Planck, que estuvo midiendo el FCM entre 2008 y 2012. Con estos datos de polarización se ha levando un mapa que es complementario a los ya publicados por este mismo equipo sobre las fluctuaciones de temperatura.
Cuando se produjo la reionización, gran parte de los átomos del gas que rellenaba el Cosmos se desprendieron de los electrones. Los fotones del FCM que estaban viajando casi libremente interaccionaban con esos electrones no ligados y adquirieron una vibración preferente según un plano, que es lo que llamamos polarización. Midiendo esta polarización en el FCM ahora mismo se puede averiguar cuándo se produjo la reionización y, por tanto, la formación de las primeras estrellas.
Por consiguiente, la cronología de la formación de las primeras estrellas se centra en determinar el momento de la reionización. Según los resultados de WMAP esa reionización se produjo 450 millones de años tras el Big Bang. Pero según los modelos cosmológicos esos 450 millones de años no serían suficientes como para formar estrellas. Además, se sabe la cota superior, pues a partir de los datos de quasares y galaxias remotas sabemos que la reionización tuvo que finalizar, a los más, 900 millones de años tras el Big Bang.
Además de las fluctuaciones tradicionales, Planck midió el estado de polarización del FCM estos años, datos que han analizado y publicado ahora los miembros la misión: la reionización tuvo que terminar 550 millones tras el Big Bang. El nuevo resultado, al retrasar en 100 millones de años la primera formación de estrellas, hace encajar todo sin necesidad de recurrir a soluciones exóticas.
La polarización del FCM posee pequeñas variaciones espaciales que reflejan el estado del Universo en ese momento y la interacción de la luz con la materia y nos proporcionan herramientas independientes para medir parámetros como la edad del Universo, su ritmo de expansión, su composición, etc.
Estos datos de polarización confirman los resultados anteriores sobre la cantidad de materia ordinaria, energía oscura y materia oscura presentes en el Universo y elimina la necesidad de introducir el neutrino estéril.
Como ya saben los lectores de NeoFronteras, este estudio sobre la polarización no incluye los datos sobre la existencia o no de modos-B cosmológicos, para los que habrá que esperar un año o dos, pues no parece fácil restar el efecto del polvo de nuestra galaxia sobre esos modos-B de polarización. Sin embargo, es posible que los datos de Planck por sí solos no puedan despejar esta duda y se necesiten los de BICEP3. La ventaja de los datos de Planck, aunque menos precisos, es que cubren todo el cielo.
Este resultado implica que la edad oscura podrá ser analizada más fácilmente con la nueva generación de telescopios, incluido el telescopio James Web.

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Fuentes y referencias:
Preprints recientes de Planck.

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