El universo temprano estaba siete veces más caliente que el actual

El universo temprano tenía una temperatura siete veces mayor que la actual, han comprobado los astrofísicos: utilizaron una nube de vapor de agua proyectada por una lejana galaxia para observar el estado del Universo en sus primeras etapas. Nueva puerta para el estudio de la energía oscura.

Un equipo de internacional de astrónomos ha podido observar el estado del Universo muy poco después del Big Bang y confirmar que se enfrió muy rápidamente, lo que abre nuevas perspectivas para el estudio de la escurridiza energía oscura.

Gracias a Noema, el radiotelescopio milimétrico más potente del hemisferio norte, instalado en los Alpes franceses, el equipo pudo medir la temperatura de la radiación de fondo de microondas (CMB) tal como estaba solo 800 millones de años después del Big Bang.

La radiación de fondo de microondas es una forma de radiación electromagnética que llena el universo por completo: es una de las pruebas principales del modelo cosmológico del Big Bang.

Esta es la primera vez que se mide la temperatura de la radiación de fondo de microondas, una reliquia de la energía liberada por el Big Bang, en un momento tan temprano en el Universo.

Mucho más caliente entonces

La hazaña fue lograda por un grupo internacional de astrofísicos que observaron con Noema una galaxia masiva con formación de estrellas denominada HFLS3: está tan distante que su luz tarda 13 mil millones de años en llegar a la Tierra.

HFLS3 está contenida dentro de una vasta nube de vapor de agua fría y se observa 880 millones de años después del Big Bang, momento en el que el Universo tenía el 6% de su edad actual.

Los astrofísicos descubrieron que esa nube de vapor de agua fría presente en HFLS3 proyectaba una "sombra" sobre la radiación de fondo de microondas.

Esta sombra aparece porque el vapor de agua absorbe la radiación más cálida del fondo cósmico de microondas en su camino hacia la Tierra: su grado de oscuridad revela la diferencia de temperatura.

Enfriamiento progresivo

Dado que la temperatura del agua se puede determinar a partir de otras propiedades, la diferencia indica que la temperatura de la radiación reliquia del Big Bang era en ese momento unas siete veces mayor que en el Universo actual.

El modelo cosmológico prevaleciente asume que el Universo se ha enfriado desde el Big Bang y continúa haciéndolo. Pero hasta ahora, este enfriamiento solo se ha confirmado para épocas cósmicas relativamente recientes.

Mientras que el Universo actual está bañado por radiación cósmica a una temperatura de 2,7 Kelvin (-270,45°C), esta temperatura rondaba los 20 K (-253,1°C) menos de mil millones de años después del Big Bang.

Entonces toda la materia cósmica quedó expuesta allí, lo que implica que procesos como la evolución de las galaxias deben haber sido muy diferentes de los actuales.

Universo muy joven

comunicado

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“Muy temprano, alrededor de 1.500 millones de años después del Big Bang, el fondo cósmico de microondas ya era demasiado frío para que este efecto fuera observable. Tenemos, por lo tanto, una ventana de observación única que se abre solo a un Universo muy joven”, continúa.

En otras palabras, si hoy existiera una galaxia con propiedades idénticas a las de HFLS3, la sombra del agua no sería observable porque el contraste de temperaturas requerido ya no estaría disponible.

"Este importante hito no solo confirma la tendencia de enfriamiento esperada para una época mucho más temprana de lo que era posible anteriormente, sino que también podría tener implicaciones directas para la naturaleza de la escurridiza energía oscura", añade el Dr. Axel Weiß del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, el segundo autor del estudio.

Implicaciones para la energía oscura

Los científicos creen que la energía oscura es responsable de la expansión acelerada del Universo durante los últimos mil millones de años, pero sus propiedades siguen sin comprenderse bien porque no se pueden observar directamente.

Sin embargo, estas propiedades influyen en la evolución de la expansión cósmica, y por tanto en la velocidad de enfriamiento del Universo.

La medición precisa de la temperatura del fondo cósmico a lo largo de la historia del Universo permitirá, comparando los resultados obtenidos con las predicciones del modelo del Big Bang, rastrear y acotar los efectos de la energía oscura.

El equipo de investigación tiene la intención de sondear otras nubes de vapor de agua fría en galaxias distantes para medir el enfriamiento del Universo a través de la historia cósmica utilizando este nuevo método y así continuar explorando los años jóvenes del cosmos y comprender mejor la energía oscura.

Referencia

Microwave background temperature at a redshift of 6.34 from H2O absorption

. Dominik A. Riechers et al. Nature volume 602, pages58–62 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04294-5