Gracias a los telescopios más avanzados, los astrónomos de hoy pueden ver cómo eran los cuerpos celestes hace 13 mil millones de años, o unos 800 millones de años después del Big Bang.Desafortunadamente, todavía no pueden penetrar el velo del espacio.edad Oscura, el período que dura entre 370.000 y 1.000 millones de años después del Big Bang, cuando el universo se cubrió con hidrógeno neutro que protegía la luz.Debido a esto, nuestros telescopios no pueden ver cuándo se formaron las primeras estrellas y galaxias, es decir, entre 100 y 500 millones de años después del Big Bang.
Este período se conoce comoamanecer en el universoRepresenta la “frontera final” de la exploración espacial para los astrónomos.Este noviembre, la próxima generación de la NASATelescopio espacial James Webb(JWST) finalmente se lanza al espacio.Gracias a su sensibilidad y óptica infrarroja avanzada, Webb será el primer observatorio en presenciar el nacimiento de galaxias.De acuerdo anueva investigaciónLa capacidad de ver el amanecer cósmico en la Universidad de Ginebra, Suiza, proporcionará respuestas a los mayores misterios cosmológicos de la actualidad.
La investigación fue realizada por el Dr. Theoretical Physicist de la Université de Genève y Collaboratrice Scientifique II, Dr. Dirigido por Hamsa Padmanabhan.También es miembro sénior de la Swiss National Science Foundation (SNSF) y en 2017Beca Ambición(Financiación de investigación otorgada por SNSF) Her Independent Project “Exploración espacial: a través de la reionización y más allá.”
Para los astrónomos y cosmólogos de hoy, la capacidad de observar el Amanecer Cósmico representa una oportunidad para responder algunos de los misterios más perdurables del universo.La luz más antigua del universo todavía se puede ver hoy como el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), pero lo que siguió poco después (hasta aproximadamente mil millones de años después del Big Bang) históricamente no se vio en los equipos más avanzados.
Esto ha mantenido el pensamiento científico en la oscuridad sobre varios temas cosmológicos importantes.No solo se formaron las primeras estrellas y galaxias durante la “Edad Oscura” y gradualmente trajeron luz al universo, sino que también fue alrededor de esta época cuando tuvo lugar la “reionización cósmica”.Este período de transición es cuando se cree que casi todos los gases neutros que han penetrado en el universo se han convertido en protones y electrones (también conocidos como bariones) que constituyen toda la materia “normal”.
Desafortunadamente, los astrónomos no pudieron estudiar este período de la historia cósmica.Gran parte del problema se deriva de cómo la luz de esta era se desplaza hacia el rojo para que pueda verse en partes del espectro de radio a las que los dispositivos modernos no pueden acceder.línea de transición de 21 cm).Pero, como explicó el Dr. Padmanabhan a Universe Today por correo electrónico, este no es el único obstáculo para estudiar el universo primitivo.
“Este período, junto con el alto nivel de sensibilidad requerido para detectar emisiones y el desafío de detectar señales muy débiles (del gas de hidrógeno presente en el universo primitivo) hasta ahora nos ha eludido la observación. Hay una emisión en primer plano (principalmente de nuestra propia galaxia) que es unas 4 o 5 veces mayor que la señal que estamos tratando de medir”.
Al estudiar las primeras estrellas y galaxias en formación, los astrónomos podrán determinar de dónde proviene el 90 % de la materia de partículas pesadas del universo (también conocida como “luminiscente” o “normal”) y cómo evolucionó hasta convertirse en estructuras cósmicas a gran escala. . te veo hoyLa capacidad de modelar cómo evolucionó el universo desde este período hasta la actualidad también brinda la oportunidad de ver de primera mano los efectos de la materia oscura y la energía oscura.
Esto permitirá a los científicos evaluar una variedad de modelos cosmológicos, el más ampliamente aceptado de los cuales es el modelo Lambda-Cold Dark Matter (LCM).El Dr. Padmanabhan dijo:
“Acceder a esta era también representa un gran salto adelante en nuestro contenido de información cosmológica.Esto se debe a que contiene al menos 10000-100000 veces más información, no solo de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), sino también de la información actualmente disponible de todos los estudios de nuestra galaxia hasta la fecha.¡Este es esencialmente el conjunto de datos más grande que podemos tener para probar nuestro modelo de física!Podemos explorar una colección fascinante de modelos de física más allá de los modelos estándar de cosmología”.
Esto incluye modelos que incluyen versiones no estándar de materia oscura (es decir, “materia oscura cálida”), versiones modificadas de gravedad y energía oscura: teoría de la inflación que no incluye la dinámica newtoniana modificada (MOND).En esencia, los científicos podrán ver la expansión cósmica y gravitacional desde el mismo momento en que comenzó (una fracción de segundo después del Big Bang).Durante años, la comunidad astronómica ha estado esperando ansiosamente el día en que James Webb finalmente sea lanzado al espacio.
Gran parte de su entusiasmo proviene del hecho de que la óptica infrarroja avanzada del observatorio y su alta sensibilidad les permiten observar las primeras galaxias mientras aún se están formando.Normalmente, la luz galáctica está oscurecida por todo el polvo y el gas interestelar y galáctico entre la galaxia y la Tierra.El Dr. Padmanabhan dijo que las siguientes galaxias podrían observarse por primera vez con equipos existentes y de próxima generación.
“Una misión como el JWST podrá detectar galaxias extremadamente débiles que se formaron cuando el universo tenía solo una décima parte de su tamaño actual.Combinado con encuestas de radio como [disposición de kilómetros cuadrados] SKA, esto nos dará una imagen completa de las primeras fuentes luminosas y su evolución durante el espacio-tiempo.El JWST proporciona una investigación profunda similar a un “rayo de lápiz” con un campo de visión total del orden de unos pocos minutos cuadrados, que es inaccesible a escala cosmológica, pero mejorará en gran medida nuestra comprensión de los procesos físicos que contribuyeron a la reionización. ”
“ALMA ahora detecta de forma rutinaria galaxias en emisión lineal submilimétrica, como el carbono monoionizado [CII] y el oxígeno doblemente ionizado [OIII]. Ambas son sondas muy interesantes para la reionización.El próximo experimento COMAP-Epoch of Reionization en el que participo planea acercarse a la línea de emisión de monóxido de carbono (CO) alrededor de la fase media a la última de reionización, que es un excelente indicador de la formación estelar.El frente no es tan grave como el problema de las líneas submilimétricas”.
Esto se conoce como un enfoque de múltiples mensajes, donde se combinan diferentes instrumentos y señales de luz de diferentes longitudes de onda.El Dr. Padmanabhan dice que este enfoque, cuando se aplica a Cosmic Dawn, es la herramienta más prometedora para obtener información sobre el universo.En particular, la detección de ondas gravitacionales de los primeros agujeros negros supermasivos revela cómo estas fuerzas naturales primordiales influyeron en la evolución galáctica.
“Combinar esto con nuestro conocimiento de cómo evolucionan los gases y las galaxias a partir de investigaciones electromagnéticas nos dará una imagen completa del Amanecer Cósmico”, dijo.“Será importante para responder preguntas pendientes en cosmología y astrofísica. ¿Cómo se formaron los primeros agujeros negros y cómo contribuyeron a la reionización?
La posibilidad de realizar campañas multimensajeras que combinen señales de radio e infrarrojos de alta sensibilidad es una de las muchas formas en que la astronomía está avanzando tan rápidamente.Además de instrumentos más sofisticados, los astrónomos también se beneficiarán de métodos mejorados, técnicas de aprendizaje automático más sofisticadas y oportunidades para la investigación colaborativa.
Por último, pero no menos importante, la capacidad de combinar señales de diferentes matrices (y varias longitudes de onda de energía electromagnética) ya ha creado nuevas oportunidades para campañas de imágenes sofisticadas.Un buen ejemplo de ello es el proyecto EHT (Event Horizon Telescope), que utiliza 10 radiotelescopios en todo el mundo paraSagitario A*).En 2019, EHT tomó las primeras imágenes de SMBH.En este caso, el núcleoM87(Virgo Una galaxia elíptica supergigante).
Las oportunidades para realizar investigaciones de vanguardia abundarán en el futuro cercano, y los descubrimientos que queremos hacer son revolucionarios.Habrá algunos contratiempos en el camino y muchos más misterios por resolver, pero una cosa es segura. ¡El futuro de la astronomía va a ser muy emocionante!
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