Detecten les primeres estrelles que van il·luminar l’univers
La troballa obre vies per aclarir l’enigma de la matèria fosca
Els astrònoms en diuen l’alba còsmica. És l’època que van néixer les primeres estrelles i l’univers va deixar enrere milions d’anys de foscor per omplir-se de llum per primera vegada. Cap d’aquelles estrelles no sobreviu avui dia. Eren astres enormes que van cremar ràpid i es van extingir aviat en un festival de supernoves. Però un equip liderat per la Universitat de l’Estat d’Arizona (EUA) assegura que ara n’ha detectat el senyal amb un radiotelescopi construït especialment per buscar-les al desert d’Austràlia.
El senyal no és com s’esperaven, segons els resultats que presenten aquesta setmana a la revista científica Nature. Indica que el gas fosc que omplia l’univers era més fred que no es preveia. Per tant, que alguna cosa fins ara desconeguda l’havia estat refredant. Segons els investigadors, devia ser algun tipus de matèria fosca més freda que el gas.
Si pròximes observacions confirmen aquests resultats –el condicional en aquest cas és obligat–, seria la primera detecció de l’enigmàtica matèria fosca que representa el 85% de la massa de l’univers. “Si és cert, és un descobriment extraordinari”, assegura Jordi Miralda-Escudé, investigador Icrea a l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, que no ha participat en la investigació. Seria la porta d’entrada a l’estudi de la matèria fosca, una porta que físics i astrònoms han estat buscant des de fa dècades.
La investigació es remunta a l’edat fosca de l’univers, quan una boira d’àtoms d’hidrogen i heli omplia l’espai sense emetre llum. Els àtoms es van aplegar atrets per la gravetat en algunes regions, on van assolir una pressió i una temperatura prou alta per entrar en combustió. Així és com van néixer aquelles primeres estrelles enormes.
A partir d’aquell moment, les estrelles van inundar l’univers de radiació ultraviolada, que va incidir en l’hidrogen de l’espai interestel·lar. Llavors els àtoms d’hidrogen van començar a emetre una radiació que els és característica –l’anomenada línia de 21 centímetres, o línia d’hidrogen–, que és la que han buscat els investigadors amb el radiotelescopi d’Austràlia.
El senyal que han detectat conté dues informacions fonamen-
tals. La primera indica l’edat que tenia l’univers quan van brillar les primeres estrelles. Segons els resultats presentats a Nature , es van encendre 180 milions d’anys després del big bang –quan l’univers tenia un 1,3% de la seva edat actual– i es van apagar 90 milions d’anys més tard formant les primeres supernoves i els primers forats negres.
Aquesta edat es dedueix de la freqüència del senyal captat pel radiotelescopi, que està centrat en 78 megahertzs (MHz). El càlcul que permet relacionar la freqüència del senyal amb l’edat de l’univers es deriva del fet que l’univers està en expansió. Per tant, com més antic és el senyal d’un astre, més lluny és de nosaltres i més s’allunya. Aquest allunyament fa que el senyal que ens arriba tingui una freqüència inferior a l’emissió original per l’anomenat efecte Doppler. Sabent que l’emissió original de l’hidrogen és de 1.420 MHz, la detecció a 78 MHz permet situar el naixement de les primeres estrelles 180 milions d’anys després del big bang, un resultat que està d’acord amb els models teòrics actuals sobre l’evolució de l’univers.
La segona informació fonamental que conté el senyal captat pel radiotelescopi indica la temperatura a què es trobava en aquell moment l’hidrogen que omplia l’univers. Aquesta és la informació que no quadra amb els models teòrics i que obliga a recórrer a la matèria fosca per explicar-la.
La temperatura es dedueix de la intensitat del senyal. Si els resultats de la detecció són correctes, en aquella època l’hidrogen estava a uns 3 graus Kelvin. Tot i això, els models teòrics de l’evolució de l’univers prediuen que les primeres estrelles van néixer quan el gas encara estava a més de 7 graus Kelvin.
“Aquest refredament addicional només és possible a través de la interacció [de l’hidrogen] amb alguna cosa encara més freda”, afirma l’astrofísic Rennan Barkana, de la Universitat de Tel Aviv (Israel), en un altre article publicat a Nature. “L’únic ingredient còsmic que pot ser més fred que el gas [en el període de l’univers que s’ha estudiat] és la matèria fosca”.
L’equip de la Universitat de l’Estat d’Arizona coincideix que “només el refredament del gas com a resultat d’interaccions amb la matèria fosca sembla capaç d’explicar” el senyal detectat. Tot i així, reclama que altres radiotelescopis busquin el senyal per confirmar els seus resultats.
“Si es confirma, és un descobriment fonamental de conseqüències molt profundes que canviarà de manera important la nostra comprensió de l’univers”, afirma Jordi Miralda-Escudé, especialista en l’estudi d’aquest període de la història còsmica. “Però cal tenir en compte que mesuren un senyal molt feble entre un gran soroll de fons d’altres fonts d’ones de ràdio”.
És per minimitzar el soroll de fons que la detecció s’ha fet des de l’Observatori de Radioastronomia Murchison, en una regió desèrtica de l’oest d’Austràlia. Però tot i així hi continua havent un soroll de fons significatiu d’ones de ràdio procedents de l’atmosfera terrestre i de la Via Làctia.
“Ha suposat un gran repte tècnic fer aquesta detecció, perquè les fonts de soroll poden ser mil vegades més intenses que el senyal. És com estar al mig d’un huracà i intentar sentir el cop d’ala d’un colibrí”, declara en un comunicat Peter Kurzynski, de la Fundació Nacional de Ciència dels Estats Units, que ha finançat la investigació.
Tot i que els investigadors han eliminat el soroll de fons a l’hora d’analitzar el senyal, queda el dubte de si el senyal que presenten és real o és un artifici, adverteix Miralda-Escudé. “És una cosa que només es podrà determinar amb més observacions”.
També és possible que l’antiguitat del senyal sigui correcta –i que realment sigui un eco de les primeres estrelles–, però que la seva intensitat sigui incorrecta –i per tant que no sigui un efecte de la matèria fosca–.
Si totes les mesures són correctes, “llavors hem après una cosa nova i fonamental sobre la misteriosa matèria fosca que representa el 85% de la matèria de l’univers”, declara en un comunicat Judd Bowman, primer autor de la investigació. “Seria la primera visió de la física més enllà del model estàndard”, és a dir, més enllà de la teoria actual que explica les forces i partícules de l’univers i que els científics saben que és incompleta.
Si es confirma el descobriment, farà canviar la visió del cosmos i obrirà la porta a una nova física