Columna de Astronomía | Hablemos sobre el origen

Mis visitas de un fin de semana de octubre al Observatorio Las Campanas no paraban de preguntar de dónde viene o qué originó tal o cual cosa. Mis explicaciones nunca fueron suficientes. Sinceramente se los agradezco; me hacen pensar o replantear una explicación. Invariablemente caímos en una larga conversación sobre el espacio-tiempo, la ondas gravitacionales y las ondas electromagnéticas. En la inmensidad del desierto, con ese paisaje extraordinario dominado por montañas y mar, y vistos desde los 2.300 metros de altura, nos maravillamos con la conversación sobre los recientes descubrimientos astrofísicos.

Llegamos al punto que ahora tenemos una segunda forma de conocer el universo: a través de ondas gravitacionales. La primera son las ondas electromagnéticas, o la luz, y las mismas que originaron la última detección, realizada por Natalia Ulloa –una estudiante de magíster en Astronomía de la Universidad de La Serena– con el telescopio óptico Swope (de 1 m de diámetro), aquí mismo en Las Campanas. Lo notable de esta detección es que por primera vez se observa la contraparte electromagnética de un evento que generó una onda gravitacional. Mis amigos no lo podían creer. Imaginen la avalancha de preguntas que recibí sobre su origen.

También les conté sobre mi investigación: el origen de las galaxias en el universo. Estamos estudiando las condiciones del universo cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias.

Voy por partes. Comienzo contándoles sobre el material del que nacieron los primeros objetos cósmicos. Unos trecientos mil años después del Big Bang, el universo se combina, es decir núcleos de átomos (básicamente hidrógeno y helio) se combinan con electrones convirtiendo al universo en uno eléctricamente neutro. En esas condiciones no se puede formar estrellas ni galaxias, ni tampoco hay emisión de ondas electromagnéticas. Pasaron unos 400 millones de años y, por razones aún desconocidas, el universo comienza un periodo de reionización donde los átomos de hidrógeno pierden su electrón, se hace la luz y comienza la formación de las primeras estrellas y galaxias. Se gatillan regiones más densas, colapsa materia primaria —dominada por hidrógeno y helio— y las cargas eléctricas se aceleran generando luz. Este proceso es caótico, muy energético y localizado, y dura aproximadamente unos 400 millones de años. Desde entonces han pasado 12.800 millones de años.

Nuestra investigación sobre las galaxias primordiales indica que la reionización ocurrió en zonas diferenciadas o en burbujas. ¿Por qué lo decimos? Nuestras observaciones revelan que estas galaxias , las que emiten líneas espectrales del hidrógeno correspondiente al primer salto de energía del estado fundamental, la línea Lyman-Alpha, se distribuyen inhomogéneamente en el espacio. Es como si la luz se estuviera abriendo camino en ventanas diseminadas en el espacio tiempo. En esa época, el universo y sus estructuras son precoces, pero ricos en elementos pesados, y llenos de ondas electromagnéticas y gravitacionales. La vida en esa época se muestra con todo su brillo y ubiquidad.

¿Fueron estrellas de esta generación inicial, las primeras que colapsaron formando agujeros negros o estrellas de neutrones, las que gatillaron el proceso de reionización? ¿O fueron núcleos de galaxias activas? O ¿fue algún otro proceso desconocido? Estas son las preguntas que nuestro grupo de investigación –que incluye investigadores chinos, estadounidenses y chilenos– se está haciendo sobre el origen de las estructuras en que vivimos.