Las primeras estrellas nacieron más tarde de lo que se pensaba

Visualización de la polarización de la radiación de fondo cósmico detectada por el satélite Planck. Crédito: ESA y Colaboración Planck.

Los nuevos mapas de la luz polarizada que llena todo el cielo procedente del Universo temprano, obtenidos por el satélite Planck, de la ESA, han revelado que las primeras estrellas se formaron mucho más tarde de lo que creía.

La historia de nuestro universo comenzó hace 13.800 millones de años. Los científicos se esfuerzan en leerla estudiando los planetas, asteroides, cometas y otros objetos de nuestro sistema solar, y observando la luz de estrellas y galaxias lejanas, y de la materia entre ellas.

Una fuente esencial de información es la radiación de fondo cósmico de microondas (“cosmic microwave background”, CMB), la luz fósil procedente de una era en que el universo era caliente y denso, apenas 380.000 años tras el Big Bang.

Gracias a la expansión del Universo, hoy en día esta luz –no visible al ojo humano, solo detectable en el rango de las microontas– llena todo el cielo.

Entre 2009 y 2013 Planck barrió el cielo para estudiar esta luz primigenia con un grado de precisión nunca antes logrado. Las pequeñas diferencias en la temperatura de esta radiación en distintas regiones del cielo son indicativas de variaciones de densidad en el universo en la época en que se emitió la radiación CMB, y son las semillas de las acumulaciones de materia que vemos en el presente: las estrellas y galaxias.

La luz se polariza cuando vibra en una dirección preferente, un fenómeno que puede producirse cuando los fotones rebotan tras chocar con otras partículas. Eso es exactamente lo que sucedió cuando se emitió la CMB, 380.000 años después del Big Bang.

En un principio los fotones estaban atrapados en una densa y caliente sopa de partículas que, cuando el Universo tenía apenas unos segundos de edad, consistía sobre todo en electrones, protones y neutrinos. Debido a la alta densidad, los electrones y fotones chocaban con tanta frecuencia que el Universo temprano estaba lleno de “niebla”.

Poco a poco, a medida que el cosmos se expandía y enfriaba, los fotones y las demás partículas se alejaban cada vez más, y las colisiones se volvían menos frecuentes.

Esto trajo dos consecuencias: los electrones y protones pudieron finalmente combinarse y dar lugar a átomos neutros sin ser destrozados por los choques con los fotones, y los fotones pudieron viajar libremente por primera vez, sin estar inmersos en la niebla cósmica.

Una vez libre de la niebla la luz inició su viaje cósmico hasta el día de hoy, en que telescopios como Planck la detectan como CMB. Pero la luz también conserva memoria de su último encuentro con los electrones, un recuerdo capturado por el fenómeno de la polarización.

“La polarización de la CMB muestra también minúsculas fluctuaciones de una parte del cielo a otra; al igual que las variaciones de temperatura, las de la polarización reflejan el estado del cosmos en la época en que materia y luz se separaron”, dice François Bouchet, del Instituto de Astrofísica de París, Francia. “Esto nos proporciona una poderosa herramienta para estimar de forma nueva e independiente parámetros como la edad del Universo, su ritmo de expansión y la proporción de sus ingredientes: la materia del tipo que conocemos, la materia oscura y la energía oscura”.

Polarización de la CMB en todo el cielo, con detalle. Crédito: ESA y Colaboración Planck.

Los datos de polarización de Planck confirman los detalles del modelo cosmológico estándar, determinado por las medidas de las fluctuaciones de temperaturas en la CMB. Además, añaden una nueva e importante respuesta a una pregunta fundamental: ¿cuándo nacieron las primeras estrellas?

Cuando se emitió la radiación de fondo, el Universo era muy distinto de como lo vemos ahora, y pasó mucho tiempo hasta que pudieron formarse las primeras estrellas.

Las medidas de Planck de la polarización de la CMB nos dicen ahora que esta “Edad Oscura” acabó unos 550 millones de años tras el Big Bang, más de 100 millones de años más tarde de lo que se creía. Esta diferencia de tiempo es importante cuando se trata de la formación de las primeras estrellas.

La Edad Oscura concluyó cuando las primeras estrellas empezaron a brillar. Y a medida que su luz interactuaba con el gas en el Universo, más y más átomos volvían a disgregarse en sus partículas constituyentes, los electrones y protones.

Esta época clave del universo se conoce como “Época de reionización”.

Fuente: ESA