Cómo los astrónomos lograron medir la luz de todas las estrellas del universo

mapa del cielo elaborado en base a radiaciones de rayos gama Derechos de autor de la imagen NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
Image caption Para calcular toda la luz de las estrellas, los astrónomos estudiaron las radiaciones provenientes de más de 700 blazares (galaxias con un agujero negro supermasivo en su centro). En la imagen, los blazares están representados por puntos verdes y en el centro puede verse el plano de la Via Láctea.

Es una cantidad tan colosal que desafía la imaginación.

Un equipo internacional de astrónomos consiguió medir la luz emitida por las estrellas que existen o han existido.

Se estima que el universo tiene una edad de 13.800 millones de años. Los científicos responsables del estudio aseguran que su cálculo llega hasta estrellas nacidas cuando el universo tenía apenas mil millones de años.

"Este cálculo jamás se había realizado", aseguró Marco Ajello, astrofísico de la Universidad Clemson en Carolina del Sur, Estados Unidos, y uno de los autores del estudio publicado en la revista Science.

La luz emitida por todas esas estrellas equivale, según el estudio, a 4x10 ^ 84 fotones o partículas de luz.

En otras palabras, la luz estelar emitida desde que el universo tenía mil millones de años equivale a un 4 seguido de 84 ceros, una cantidad estremecedora que puede representarse de la siguiente manera:

4. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000 fotones.

¿Cómo pudieron los científicos medir semejante cantidad de luz estelar? BBC Mundo habló con el astrofísico español Alberto Domínguez, profesor de la Universidad Complutense de Madrid y otro de los autores principales del estudio.

Niebla cósmica

Domínguez y sus colegas midieron lo que se conoce como luz de fondo extragaláctico (EBL, por sus siglas en inglés), una niebla cósmica que persiste desde el inicio del universo.

"La EBL es como una niebla de fotones que llena el universo completo", explicó Domínguez.

Derechos de autor de la imagen ESA/Hubble & NASA
Image caption La luz estelar emitida desde que el universo tenía mil millones de años equivale a un 4 seguido de 84 ceros, una cantidad que desafía la imaginación.

"Y esa niebla que está por ahí, por todos lados pululando, se produce como consecuencia de luz de procesos de formación estelar que se dan en las galaxias y emiten luz".

El astrofísico explicó a BBC Mundo que gran parte de la luz que se produce en las galaxias sale hacia el espacio que existe entre las galaxias.

"Esos fotones salen de la galaxia y se van acumulando en el espacio intergaláctico. Esa es la acumulación a lo largo de toda la historia del universo de todas las galaxias que han ido formando estrellas, y como consecuencia de ello emitiendo luz hacia el exterior de la galaxia".

"Eso es lo que se conoce como EBL, es decir, la acumulación de todos esos fotones que se han producido dentro de la galaxias como consecuencia de procesos de formación estelar".

Agujeros negros supermasivos

Para medir esa acumulación de fotones o EBL, los científicos usaron un método ingenioso e indirecto estudiando la interacción con esa niebla de rayos gama de alta energía emitidos por los llamados blazares.

"Los blazares son galaxias distantes que tienen agujeros negros supermasivos en su interior. Esos agujeros negros producen la emisión de cantidades tremendas de energía y algunos emiten radiación gama", señaló Domínguez.

Derechos de autor de la imagen NASA
Image caption Los blazares absorben material cósmico y expulsan chorros de partículas altamente energéticas.

"Entonces nosotros, con el telescopio espacial Fermi, observamos la luz que nos viene de esos blazares. Pero la luz que nosotros detectamos no es la misma que ha sido emitida por el blazar, ya que debido a la existencia de esta niebla entre esta fuente de energía y nosotros, ha habido luz emitida por el blazar que se ha perdido en el camino".

"Usamos por eso la analogía de la niebla. Es como si tienes un foco de luz lejano: existe una niebla por en medio y la luz que tu recibes de ese foco está atenuada respecto a la que observarías si no hubiera niebla, la ves como disminuida".

"Toda la luz"

Los científicos compararon entonces las observaciones de rayos gama de blazares que llegan a la Tierra y son captados por Fermi, con la cantidad de luz que salió de los blazares y que puede calcularse por modelos estadísticos.

Derechos de autor de la imagen NASA
Image caption El estudio comparó la radiación que salió de los blazares, calculada por métodos estadísticos, con la que fue captada por el telescopio espacial Fermi después de pasar por la niebla cósmica.

"A través de esa comparación somos capaces de derivar las propiedades de la niebla, de comparar lo que observamos con lo que pensamos que ha salido a través de modelos de emisión gama de esos blazares".

"Al comparar esas dos cantidades puedes hacerte una idea de las propiedades que tiene la niebla, de lo que se ha perdido en medio. Ese es básicamente nuestro método", dice el experto.

La niebla es un indicio de procesos de formación de estrellas y, por ello, "una vez que conoces la niebla o EBL eres capaz de sacar información sobre esos procesos de formación estelar".

"Por eso decimos en el artículo que se ha medido la luz estelar y la tasa de formación estelar en el universo".

Los científicos midieron los fotones que escaparon al espacio intergaláctico. Si bien hay luz que queda dentro de las galaxias, Domínguez explicó que "es una cantidad tan pequeña que no es incorrecto decir que se ha medido toda la luz" de las estrellas.

Otros misterios

Los autores del estudio esperan usar los cálculos realizados para estudiar otros grandes misterios relacionados con el brillo de la luz del universo.

Uno de esos enigmas es por qué el universo más temprano poco después del Big Bang tiene características especiales, ya que está ionizado.

En otros palabras, los átomos carecen de electrones y eso afecta la forma en que la luz interacciona con ellos.

"Aún se desconoce qué tipo de fenómeno ha producido la ionización del universo", señaló el astrofísico.

Derechos de autor de la imagen NASA/ESA
Image caption Los científicos esperan utilizar datos del estudio para estudiar la expansión del universo.

Una de las hipótesis, según explicó Domínguez, es que fue producida por galaxias enanas muy débiles en las primeras etapas del universo.

Los científicos esperan poder detectar esas galaxias con el telescopio espacial James Webb, que la NASA lanzará en 2021 y será 100 veces más poderoso que el telescopio espacial Hubble.

Otro de los fenómenos que Domínguez quiere investigar es la expansión del universo.

"El universo no es estático. Nosotros medimos la EBL, ese conjunto de fotones producido por galaxias, pero a la vez existe una sinergia entre la emisión de fotones y la acumulación de fotones y la expansión del universo".

"Entonces, así como podemos derivar propiedades de la formación estelar, también podemos derivar propiedades de cómo ese universo se ha ido expandiendo. Es algo en lo que estamos trabajando ahora", concluyó.

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