Usando datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma de la NASA, Fermi, un grupo de astrónomos han sido capaces de realizar la medición más precisa de la luz de las estrellas en el universo y lo utilizaron para establecer la cantidad total de luz de todas las estrellas que han estado siempre brillando, logrando así, una meta principal de la misión.
“La luz óptica y ultravioleta de las estrellas sigue viajando por todo el universo, incluso después de que las estrellas dejan de brillar, y esto crea un campo de radiación fósil que podemos explorar con el uso de rayos gamma de fuentes distantes”, dijo el científico principal Marco Ajello, un investigador postdoctoral en el Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología en la Universidad de Stanford en California y en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California en Berkeley.
Los rayos gamma son la forma más energética de luz. Desde el lanzamiento de Fermi en 2008, el Telescopio de Gran Área (LAT) observa todo el cielo en busca de rayos gamma de alta energía cada tres horas, creando el mapa más detallado del universo conocido nunca a estas energías.
La suma total de luz de las estrellas en el cosmos es conocida por los astrónomos como luz de fondo extragaláctica (EBL). Para los rayos gamma, el EBL funciona como una especie de niebla cósmica. Ajello y su equipo investigaron la EBL mediante el estudio de los rayos gamma de 150 blazars o galaxias alimentados por agujeros negros, que fueron detectados a energías de más de 3 mil millones de electronvoltios (GeV), o más de mil millones de veces la energía de la luz visible.
“Con más de un millar detectados hasta ahora, los blazars son las fuentes más comunes detectados por el Fermi, pero los rayos gamma a estas energías son pocos y distantes entre sí, por lo que se necesitaron cuatro años de datos para hacer este análisis”, dijo el miembro del equipo Justin Finke, un astrofísico del Laboratorio de Investigación Naval en Washington.
A medida que la materia cae hacia el agujero negro supermasivo de la galaxia, parte de ella se acelera hacia el exterior a casi la velocidad de la luz en forma de chorros apuntando en direcciones opuestas. Cuando uno de esos chorros es dirigido en la dirección de la Tierra, la galaxia parece especialmente brillante y está clasificado como blazar.
Los rayos gamma se producen en chorros blazar que viajan a través de miles de millones de años luz hacia la Tierra. Durante su viaje, los rayos gamma atraviesan una niebla cada vez mayor de luz visible y ultravioleta emitida por las estrellas que se formaron a lo largo de la historia del universo.
De vez en cuando, un rayo gamma choca con la luz de las estrellas y se transforma en un par de partículas (un electrón y su contrapartida de antimateria, un positrón). Una vez que esto ocurre, la luz de rayos gamma se pierde. En efecto, el proceso amortigua la señal de rayos gamma en mucho la misma manera que se atenúa una niebla distante faro.
A través de estudios de blazars cercanos, los científicos han determinado la cantidad de rayos gamma que debe ser emitida a diferentes energías. Los blazars más distantes muestran menos rayos gamma a energías más altas -especialmente por encima de 25 GeV- gracias a la absorción por parte de la niebla cósmica.
En los más lejanos blazars faltan la mayoría de sus rayos gamma de alta energía.
Luego, los investigadores determinaron la media de rayos gamma de atenuación en tres rangos de distancia entre 9,6 millones de años hasta hoy. A partir de esta medición, los científicos fueron capaces de estimar el espesor de la niebla. Para dar cuenta de las observaciones, la densidad media estelar en el cosmos es de alrededor de 1,4 estrellas por 100 mil millones de años luz cúbicos, lo que significa que la distancia media entre las estrellas del universo es aproximadamente 4.150 años luz.
Un artículo que describe los hallazgos fue publicado en Science Express.
“El resultado de Fermi abre la emocionante posibilidad de limitar el período más temprano de formación estelar cósmico, estableciendo así las bases para el futuro telescopio espacial James Webb”, dijo Volker Bromm, astrónomo de la Universidad de Texas, Austin, que comentó sobre los hallazgos. “En términos simples, Fermi nos está proporcionando una imagen de la sombra de las primeras estrellas, mientras que Webb las detectará directamente.”
La medición de la luz de fondo extragaláctica fue uno de los principales objetivos de la misión de Fermi.
“Estamos entusiasmados con la perspectiva de extender esta medida aún más lejos “, dijo Julie McEnery, científico de la misión del proyecto en el Centro Goddard de Vuelo Espacial en Greenbelt, Maryland
Goddard gestiona la investigación de astrofísica de partículas del Fermi. Fermi fue desarrollado en colaboración con el Departamento de Energía de EE.UU. y con la colaboración de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y Estados Unidos.
Autor: Francis Reddy
Enlace original: NASA’S Fermi Measures Cosmic ‘Fog’ Produced by Ancient Starlight