Los astrónomos podrían usar señales de radio específicas de la época más temprana del universo para «pesar» las primeras estrellas en el cosmos. La investigación podría revelar más sobre el llamado amanecer cósmico, el período del universo durante el cual se levantó la oscuridad y la luz se volvió libre de viajar.

Estas primeras estrellas, o estrellas de «Población III» (POP III), no se pueden ver incluso con los telescopios más poderosos porque su luz fue evitada por una densa niebla cósmica extendida entre las regiones formadoras de estrellas que consistían principalmente en hidrógeno.

Sin embargo, durante este período, alrededor de 100 millones de años después del Big Bang, este hidrógeno creó una señal de radio llamada «La señal de 21 centímetro». Un equipo internacional de astrónomos ahora sugiere que esta señal podría usarse para determinar cómo la luz de las primeras estrellas interactuó con esta niebla cósmica, ayudando a levantarla.

«Esta es una oportunidad única para aprender cómo surgió la primera luz del universo de la oscuridad», dijo el líder del equipo y la investigadora de la Universidad de Cambridge, Anastasia Fialkov, en un comunicado. «La transición de un universo frío y oscuro a uno lleno de estrellas es una historia que solo comenzamos a entender».

Alcanzar las estrellas

Fialkov dirige el experimento de radio para el análisis del proyecto de hidrógeno cósmico (alcance), una antena de radio que estudia el débil brillo de la señal de 21 centímetro para revelar más sobre el amanecer cósmico.

Todavía en su etapa de calibración, el alcance pronto se unirá en su investigación de las primeras estrellas por la matriz de kilómetro cuadrado (SKA), una gran variedad de antenas en construcción en Australia y Sudáfrica. Juntos, SKA y Reach investigarán las masas, luminosidades y distribución de las primeras estrellas del universo.

En preparación para esta investigación, Fialkov y sus colegas desarrollaron un modelo para predecir cómo se verán las observaciones de la señal de 21 centímetro para ambos proyectos. Esto reveló que esta señal está influenciada por las masas estelares.

«Somos el primer grupo en modelar constantemente la dependencia de la señal de 21 centímetro de las masas de las primeras estrellas, incluido el impacto de la luz estelar ultravioleta y las emisiones de rayos X de los binarios de rayos X producidos cuando mueren las primeras estrellas», dijo Fialkov. «Estas ideas se derivan de simulaciones que integran las condiciones primordiales del universo, como la composición de hidrógeno-hidrógeno producido por el Big Bang».

Mientras desarrollaba el modelo, el equipo estudió cómo la distribución de masa de las estrellas POP III influyó en la señal de 21 centímetro.

Esto reveló que la conexión entre esta señal y las primeras estrellas se ha subestimado en investigaciones anteriores porque estos estudios no pudieron dar cuenta del número de sistemas compuestos por una estrella muerta densa, generalmente una enana blanca y una estrella ordinaria, los llamados «binarios de rayos X» entre las estrellas POP III.

«Las predicciones que estamos informando tienen enormes implicaciones para nuestra comprensión de la naturaleza de las primeras estrellas del universo», dijo el investigador principal del telescopio Reach, Eloy de Lera Acedo. «Mostramos evidencia de que nuestros radiotelescopios pueden decirnos detalles sobre la masa de esas primeras estrellas y cómo estas primeras luces pueden haber sido muy diferentes de las estrellas de hoy».

Reach y Ska no verán estas primeras estrellas como un telescopio como lo hace el telescopio espacial James Webb (JWST). En cambio, confían en los científicos que realizan un análisis estadístico de los datos que proporcionan.

El esfuerzo puede pagar dividendos, ya que proporciona información sobre poblaciones completas de estrellas, sistemas binarios de rayos X y galaxias.

«Se necesita un poco de imaginación para conectar los datos de radio con la historia de las primeras estrellas, pero las implicaciones son profundas», concluyó Fialkov.

La investigación del equipo se publicó el viernes (20 de junio) en la revista Nature Astronomy.