Antes de que el cosmos se iluminara con estrellas y galaxias, el universo pasó por una era oscura y silenciosa. Hallazgos recientes sugieren que esta pausa puede haber sido más cálida de lo que se pensaba anteriormente. A lo largo de casi una década de observaciones desde un radiotelescopio remoto en Australia Occidental, los astrónomos han encontrado evidencia de que el espacio surgió cientos de millones de años antes de la primera luz, mucho antes de que las galaxias comenzaran a brillar.
Este cambio temprano de temperatura, detectado en los débiles restos de hidrógeno primordial, podría cambiar significativamente nuestra comprensión de la evolución del universo en sus primeras etapas.
### Un comienzo largo y oscuro
Hace unos 13.800 millones de años, el universo comenzó con el Big Bang: una explosión de calor y densidad insondables. Al cabo de unos cientos de miles de años, el calor inicial disminuyó lo suficiente como para que las partículas se combinaran formando átomos de hidrógeno neutros, dejando el universo en un vacío sin luz. Esta fase, llamada Edad Oscura Cósmica, duró cientos de millones de años y se caracterizó por el enfriamiento del gas y la expansión del espacio sin estrellas ni galaxias. Con el tiempo, las fuerzas gravitacionales hicieron que esta materia se agrupara en grupos más densos, lo que llevó a la formación de los primeros cuerpos celestes luminosos, como estrellas y agujeros negros, que marcaron el fin de esta oscuridad.
La energía emitida por estas primeras estrellas, principalmente en forma de radiación ultravioleta, comenzó a disipar la niebla de hidrógeno en una importante fase conocida como reionización. Esto hizo que el cielo cósmico fuera más brillante y permitió que la luz se moviera más libremente por el espacio. Sin embargo, la causa de las condiciones cálidas en el universo justo antes de este trascendental desarrollo es una pregunta que impulsa la investigación actual.
### Escuchando susurros del pasado
Debido a que las primeras estrellas son demasiado distantes y débiles para verlas directamente, los científicos han utilizado las huellas sutiles que dejaron como evidencia. Uno de los más reveladores es la línea de hidrógeno de 21 centímetros, una delicada emisión de radio producida al invertir los espines de protones y electrones de un átomo de hidrógeno. Esta señal, extendida a lo largo de miles de millones de años de expansión cósmica, sirve como una huella digital térmica, proporcionando información sobre la temperatura y las condiciones del gas intergaláctico durante las épocas de formación del universo.
Un equipo del Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía (ICRAR) quería detectar esta señal procedente de unos 800 millones de años después del Big Bang. Para lograrlo, utilizaron el Murchison Widefield Array, un telescopio altamente sensible en lo profundo del desierto de Australia Occidental, un lugar elegido para minimizar la interferencia de fuentes artificiales.
### No hay señal y esa es la señal.
Al filtrar meticulosamente las señales recopiladas para eliminar la contaminación de las galaxias cercanas, la atmósfera de la Tierra y el propio instrumento de medición, el equipo de investigación esperaba encontrar evidencia de hidrógeno extremadamente frío, una caída notable en el espectro de radio. Sin embargo, su análisis no reveló esta característica esperada.
En cambio, los datos indicaron una falta de frío extremo, lo que indica que el gas hidrógeno probablemente se calentó suavemente. Las posibles causas incluyen los rayos X de los primeros agujeros negros o la luz residual de la primera generación de estrellas masivas que desde entonces se han desvanecido.
Cathryn Trott, autora principal y profesora de la Universidad de Curtin, describió los hallazgos: «A medida que el universo evolucionó, el gas entre las galaxias se expandió y enfrió, por lo que esperaríamos que fuera muy, muy frío. Nuestras mediciones muestran que se ha calentado hasta cierto punto. No mucho, pero nos dice que se ha descartado una reionización muy fría».
### Un cambio sutil con consecuencias importantes
Aunque la esquiva señal de 21 centímetros no se detectó directamente, el estudio produjo el mapa más limpio hasta el momento del universo radioeléctrico primitivo, gracias a un nuevo método de limpieza de datos que filtró eficazmente la interferencia del primer plano. Estos avances son importantes a medida que los astrónomos se preparan para capacidades de observación aún más poderosas.
De cara al futuro, la atención se centra ahora en el Square Kilometer Array (SKA), un proyecto de radiotelescopio internacional a gran escala actualmente en construcción en Australia y Sudáfrica. Una vez operativo, se espera que el SKA tenga la sensibilidad necesaria para detectar directamente estas débiles firmas de hidrógeno, proporcionando una comprensión aún más profunda de cómo se formaron las primeras estructuras del universo.
El coautor Ridhima Nunhokee resumió la anticipación de estas futuras observaciones: «Sabemos lo que estamos buscando. Sólo necesitamos unas horas [SKA’s] datos que nos permitirán llegar a los niveles que queremos”.
Mientras tanto, el débil eco del hidrógeno en la era temprana del universo continúa ofreciendo pistas tentadoras que podrían remodelar la historia de la evolución cósmica.
