Completada la mejor medición hasta la fecha del resplandor del universo
Los científicos han viajado a los confines del Sistema Solar, al menos virtualmente, para captar las mediciones más precisas hasta la fecha del débil resplandor que impregna el cosmos.
Por Daniel Strain
Representación artística de la sonda espacial New Horizons a miles de millones de kilómetros de la Tierra. Crédito: NASA, APL, SwRI, Serge Brunier/ESO, Marc Postman/STScI, Dan Durda
Los científicos han viajado a los confines del Sistema Solar, de momento de forma virtual, para registrar las mediciones más precisas hasta la fecha del débil resplandor que impregna el universo, un fenómeno conocido como fondo óptico cósmico.
El nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, se basa en observaciones de la nave espacial New Horizons de la NASA, que pasó zumbando por Plutón en 2015 y ahora está a casi 9.000 millones de kilómetros de la Tierra. La investigación busca responder a una pregunta engañosamente simple, según Michael Shull, astrofísico de la University of Colorado Boulder (CU Boulder), en Estados Unidos, y coautor del estudio.
«¿Es realmente oscuro el cielo?», nos pregunta Shull, profesor emérito del Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias.
La luz nocturna del espacio
El espacio puede parecer negro a los ojos humanos, pero los científicos creen que no es completamente oscuro. Desde los albores del cosmos, billones de galaxias con innumerables estrellas se han formado y han muerto, dejando tras de sí una luz imperceptiblemente tenue. Piensa en ella como la luz nocturna del espacio.
Shull y su equipo, dirigido por Marc Postman en el Space Telescope Science Institute de Baltimore (Estados Unidos), calcularon cómo de brillante es ese resplandor. Sus resultados sugieren que el fondo óptico cósmico es aproximadamente 100.000 millones de veces más débil que la luz solar que llega a la superficie de la Tierra, demasiado débil para que los humanos la vean a simple vista.
Los resultados podrían ayudar a los científicos a arrojar luz —y nunca mejor dicho— sobre la historia del universo desde el big bang. «Somos una especie de contadores cósmicos, sumando todas las fuentes de luz que podemos contabilizar en el universo», asevera Sull.
El universo distante alcanzó su punto más brillante hace unos 10.000 millones de años
Estamos ante un tipo de cálculo numérico que ha captado la imaginación de los científicos durante casi cincuenta años. en palabras de Shull, «después de décadas de investigación, los astrofísicos creen tener una idea bastante clara de cómo evolucionó el cosmos». Las primeras galaxias se formaron durante una época conocida como el amanecer cósmico, que ocurrió entre 250 y 350 millones de años después de la gran explosión.
La luz estelar de las galaxias en el universo distante alcanzó su punto más brillante hace unos 10.000 millones de años, y desde entonces se ha ido atenuando.
Unas mediciones precisas del fondo óptico cósmico podrían ayudar a los científicos a confirmar si esta imagen del cosmos tiene sentido o si, por el contrario, existen objetos misteriosos aún por descubrir que emiten luz al espacio.
Sin embargo, realizar este tipo de mediciones no es fácil, especialmente desde la Tierra.
Con el apoyo de la sonda New Horizons de la NASA
El entorno terrestre está repleto de diminutos granos de polvo y otros residuos. La luz del Sol se refleja en este desorden, borrando cualquier señal que pudiera provenir del fondo óptico cósmico.
«Si quieres ver las estrellas, tienes que salir de Denver— dice explica Shull. Y añade—: Tienes que irte muy lejos, hasta la esquina noreste de Colorado, donde todo lo que tienes delante son Dakota del Sur y Nebraska».
New Horizons ha brindado a los científicos una oportunidad única de hacer algo parecido en el espacio.
La misión tiene orígenes únicos en Colorado. Alan Stern, quien estudió como estudiante de posgrado en la CU Boulder bajo la tutela de Shull y el ex investigador asociado senior Jack Brandt, dirige la misión New Horizons. Actualmente trabaja en el Southwest Research Institute en Boulder, en Colorado. La nave espacial también lleva el Student Dust Counter, un instrumento diseñado y construido por estudiantes del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la CU Boulder.
Este mapa revela las regiones en el espacio, marcadas con círculos y triángulos, donde la sonda New Horizons midió el fondo óptico cósmico. El equipo apuntó el instrumento LORRI de la nave espacial por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea, a lo largo del ecuador del mapa, para evitar la luz de la galaxia. Crédito: Postman et al., 2024 / The Astrophysical Journal
A lo largo de varias semanas del verano de 2023, los investigadores apuntaron el instrumento de Reconocimiento de Imágenes de Largo Alcance (LORRI) de la New Horizons a veinticinco zonas del cielo.
Incluso en los confines del Sistema Solar, el equipo tuvo que enfrentarse a una gran cantidad de luz adicional. La Vía Láctea, por ejemplo, se encuentra dentro de un halo que, al igual que nuestro sistema solar, acumula polvo.
«No puedes escapar del polvo— afirma Shull—. Está en todas partes».
Él y sus colegas calcularon cuánta luz podía generar ese halo y luego la restaron de lo que estaban viendo con LORRI. Tras eliminar las fuentes de luz adicionales, el equipo se quedó con el fondo óptico cósmico.
Un valor que coincide con el número de galaxias que deberían haberse formado desde el big bang
En términos científicos, ese fondo equivale a unos once nanovatios por metro cuadrado por estereorradián (un estereorradián es una porción de cielo con una anchura unas 130 veces mayor que el diámetro de la Luna).
Según Shull, este valor coincide con el número de galaxias que, según los científicos, deberían haberse formado desde el big bang. Dicho de otro modo, no parece que haya objetos extraños, como tipos exóticos de partículas, en el espacio que produzcan mucha luz. Pero los investigadores no pueden descartar por completo tales anomalías.
Es probable que las mediciones del equipo sean las mejores estimaciones del brillo del universo en mucho tiempo. New Horizons está utilizando el combustible que le queda para atender otras prioridades científicas, y actualmente no hay otras misiones que se dirijan hacia esos fríos y oscuros rincones del espacio.
«Si ponen una cámara en una misión futura, y todos esperamos un par de décadas a que salga ahí fuera, podríamos ver una medición más exacta», concluye Shull. ▪️
Información facilitada por la CU Boulder -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Marc Postman et al. New Synoptic Observations of the Cosmic Optical Background with New Horizons. The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5ffc
