Astrónomos detectan señal de hidrógeno antiguo que podría mapear el Universo

Astrónomos de un equipo internacional, liderado por investigadores de la Universidad de Manchester y la Universidad de la Costa Oeste, detectaron una excepcionalmente tenue señal de radio de hidrógeno proveniente de miles de millones de años luz de distancia. Este hallazgo, realizado con el telescopio MeerKAT en Sudáfrica, representa un nuevo enfoque para mapear la vasta estructura del Universo.

Los resultados, publicados en The Astrophysical Journal Letters, evidencian el creciente potencial del mapeo de intensidad de hidrógeno, una técnica que permite explorar vastas regiones del espacio de manera más eficiente que los métodos tradicionales que identifican galaxias de forma individual.

El mapeo del Universo con hidrógeno

El hidrógeno neutro emite de manera natural una señal de radio muy débil conocida como la línea de 21 centímetros. A medida que el Universo se expande, esta señal se estira a longitudes de onda más largas mientras viaja a través del espacio. Al medir ese desplazamiento, los astrónomos pueden estudiar el hidrógeno de diferentes épocas en la historia cósmica.

El mapeo de intensidad de hidrógeno aprovecha esta señal de una manera diferente a las encuestas convencionales de galaxias. En lugar de intentar identificar y medir una galaxia a la vez, los astrónomos detectan el resplandor radiofónico combinado producido por el hidrógeno en grandes cantidades de galaxias que no pueden resolverse de forma individual.

Este enfoque permite examinar enormes volúmenes de espacio y reconstruir una vista tridimensional de cómo está distribuida la materia en el Universo.

Las mediciones previas de hidrógeno a estas distancias generalmente requerían combinar observaciones de telescopios de radio con datos de encuestas ópticas de galaxias. Sin embargo, en este caso, los investigadores lograron identificar directamente la señal del mapeo de intensidad de hidrógeno utilizando las observaciones de radio de MeerKAT.

Una señal de hace miles de millones de años

Los investigadores analizaron aproximadamente 96 horas de observaciones de MeerKAT y encontraron la señal de dos períodos distintos en la historia cósmica. Las emisiones habían viajado durante aproximadamente cuatro a cinco mil millones de años antes de llegar a la Tierra.

Las mediciones permitieron al equipo trazar el hidrógeno a través de distancias de varios millones de años luz, comparable a la separación entre la Vía Láctea y la galaxia vecina Andrómeda.

"Este es un hito muy emocionante", afirmó el Dr. Sourabh Paul, autor principal del estudio. "El mapeo de intensidad de hidrógeno ha sido visto como una forma prometedora de mapear el Universo de manera eficiente, pero la señal es extremadamente débil y difícil de aislar de las emisiones de fondo, la interferencia de radiofrecuencia humana y los efectos instrumentales. Detectarla directamente con MeerKAT demuestra que esta técnica se está convirtiendo en una herramienta práctica para la cosmología".

Extraer una señal tan débil requirió que los investigadores consideraran cuidadosamente diversas fuentes de interferencia que podrían distorsionar las mediciones.

"Este fue un proceso de análisis de datos desafiante, que requirió un entendimiento detallado de las muchas fuentes de contaminación que pueden afectar una medición tan tenue", agregó el Profesor Mario G. Santos. "Es particularmente notable que los datos utilizados en este estudio fueron tomados en 2018, cuando MeerKAT apenas había comenzado sus operaciones científicas. Ahora hay un rico tesoro de datos de MeerKAT esperando ser explorado con este método".

Una nueva herramienta para estudiar la evolución de las galaxias

Según los investigadores, los resultados crean nuevas oportunidades para medir el hidrógeno neutro a través de distancias cosmológicas e investigar cómo se han formado y cambiado las galaxias a lo largo de la historia del Universo.

El Dr. Zhaoting Chen, coautor del estudio, comentó: "El hidrógeno neutro es uno de los ingredientes clave para entender cómo se forman y evolucionan las galaxias. Con el mapeo de intensidad, no necesitamos detectar cada galaxia individual. En su lugar, podemos medir la señal colectiva del hidrógeno a través de grandes volúmenes cósmicos, dándonos una nueva forma de estudiar tanto la evolución de las galaxias como la distribución de la materia subyacente del Universo".

La exitosa detección también podría tener importantes implicaciones para las próximas encuestas cosmológicas. Se espera que el mapeo de intensidad de hidrógeno se convierta en un enfoque científico importante para el Observatorio de Kilómetro Cuadrado. MeerKAT sirve como un telescopio precursor para esa instalación.

Preparándose para el Observatorio de Kilómetro Cuadrado

La Profesora Laura Wolz, coautora del estudio de la Universidad de Manchester, agregó: "MeerKAT sigue abriendo nuevas ventanas para la cosmología. El hecho de que esta señal se pueda extraer de observaciones que no fueron diseñadas originalmente para el mapeo de intensidad de hidrógeno es muy alentador. Muestra el enorme valor científico de los datos de MeerKAT y señala el camino hacia futuras observaciones con SKAO".

Los estudios futuros que observen porciones más grandes del cielo durante períodos más prolongados deberían permitir a los astrónomos mapear el hidrógeno neutro con una precisión aún mayor. Estas observaciones podrían ayudar a los investigadores a entender cómo se desarrollaron las galaxias, determinar cómo la materia oscura influye en la red cósmica y reconstruir cómo ha cambiado el Universo a lo largo de miles de millones de años.

Temas