06/08/2022

El fin de la Edad Oscura

No nos ocuparemos del período histórico que va desde la caída de Roma hasta el Renacimiento. La Edad Oscura del título se refiere a una verdadera era de oscuridad cósmica. Tras el Big Bang caliente el universo entero fue, durante 380 mil años, un plasma ígneo, una substancia eléctrica en la cual protones y electrones andaban sueltos, sin formar átomos. En ese contexto la abundante luz que llenaba el universo no podía propagarse: el universo era opaco. Finalmente, tras 380 mil años de expansión, la temperatura fue lo suficientemente baja como para que cada electrón quedara ligado a un protón, formando átomos de hidrógeno. Este evento cósmico se llama recombinación, y a partir de allí la luz pudo viajar libremente. Esos mismos fotones siguen entre nosotros, y aunque eran en su mayor parte luz visible en aquel entonces, la irrefrenable dilatación del universo los estiró hasta convertirlos en las microondas que hoy observamos como fondo cósmico

Al terminar la recombinación del hidrógeno, el universo quedó lleno de, bueno, hidrógeno. Enfriándose. El universo quedó en total oscuridad. La noche más oscura duró cientos de millones de años. En algún momento, sin embargo, debió prenderse la primera estrella. Y después la segunda, y la tercera. Se formaron en grandes masas de hidrógeno que se fueron condensando a partir del hidrógeno neutro que llenaba el espacio. De a poco la radiación de estas estrellas, y la de los primeros quasars (se dice "cuéisar") que se encendieron en el centro de las galaxias, volvió a ionizar el hidrógeno neutro que llenaba el espacio. Este evento se llama reionización, y duró más o menos desde los 400 millones hasta los 1000 millones de años del universo temprano.

Todos estos eventos, que son cruciales para entender la evolución temprana del universo, e incluso para restringir las propiedades de la elusiva materia oscura, de la que tan poco sabemos, son en gran parte un misterio. El telescopio espacial Hubble nos ha mostrado pocos ejemplares de esa región, de los primeros cientos de millones de años del universo. La razón, como ya hemos comentado, es que la expansión del espacio dilató enormemente las luces que surgieron de aquellas estrellas, volviéndolas practicamente invisibles. Por esta razón el telescopio Webb se diseñó para ver la radiación infrarroja.  

Las primeras estrellas, las primeras galaxias. ¿Cómo eran? ¿De qué estaban hechas? ¿Ya tenían agujeros negros centrales? ¿Cómo se fueron organizando en el espacio, hasta formar la espuma filamentososas que vemos en el universo más reciente? ¿Cómo fueron creciendo, hasta convertirse en galaxias maduras con las morfologías que conocemos? ¿Tenían discos? ¿Tenían brazos espirales? ¿Había galaxias elípticas? Las primeras generaciones de estrellas, ¿cómo fueron enriqueciendo la química de las galaxias, produciendo finalmente las substancias que hace 7000 millones de años más tarde formarían nuestro planeta y la vida misma? El Webb revelará miles de estas galaxias, y en pocos años van a revolucionar lo que sabemos sobre la evolución del universo. 

 


La imagen de la evolución del universo es de Wikipedia, adaptada por mí. 

La imagen del detalle de la Edad Oscura es de Miralda-Escudé, The Dark Age of the Universe, Science 300:1904 (2003), también adaptada por mí.

Las cuatro galaxias de la Era de la Reionización son de Trussler et al., Seeing sharper and deeper: JWST’s first glimpse of the photometric and spectroscopic properties of galaxies in the epoch of reionisation (arXiv:2207.14265v1).

7 comentarios:

  1. Gracias por el aporte. Llegué acá por tu libro y por un amigo barilochense (ingeniero nuclear) que me dijo que tenías un blog.

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  2. ¿Puedo usar eventualmente material de este blog para mis clases? Soy profe de Física del nivel secundario, y entre otras cosas hago un proyecto sobre divulgación científica.

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    1. Gracias, Manuel. Sí, podés usar el material que quieras (citando su origen). Fijate la nota al pie de la página.

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    2. gracias Guillermo ! muy didáctico artículo, como siempre, y bien... pidiendo disculpas por mi ignorancia, voy a hacer una pregunta, que podría ser tonta, así que no te sientas en la obligación de responder jajaja: estando toda la materia y la energía concentrada en un solo punto, en el instante previo al big bang, ¿ no debería la gravedad haber creado un enorme mayúsculo agujero negro ? ¿ qué fuerza pudo haber vencido semejante atraccion gravitatoria para generar el gran estallido ?
      buenos cielos !

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    3. Hola, Aldo. La etapa anterior al "Big Bang caliente" es de la que menos sabemos, pero hay un razonable consenso de que estuvo dominada por algo distinto de la materia que conocemos. Se llama inflación cósmica, y es una energía inherente al espacio que produce una expansión todavía más violenta que la del Big bang caliente. Existen distintos modelos para describirla, ya que nuestro conocimiento es indirecto y parcial, basado en las marcas que dejó en el fondo cósmico de microondas, 380 mil años después. Pero esas observaciones permiten descartar que el universo haya estado concentrado "en un punto", con "temperatura infinita". ¿De dónde salió la inflación? Eso es más conjetural todavía. Puede haber sido eterna (cosa que a los argentinos no nos hace ninguna gracia), o puede haber habido otro estado antes. Hay unas cuantas explicaciones teóricas rivales, peliagudas porque tienen que ver con la gravedad cuántica, cosa que todavía desconocemos. Sólo se irán zanjando con el tiempo, y con mejores observaciones del fondo de microondas. Escribí algo en El Big Bang en Delpo básico.

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  3. muy buena info !!
    muchas gracias !

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  4. Hola Guillermo. Me puse a releer este post donde tan bien y claro describís esa primera etapa del universo, cuando era opaco, hasta que, como decís, después de la recombinación, la luz empezó a viajar. Lo que me lleva a comentarles, que en uno de los links que das, no recuerdo dónde, me topé con un video del científico Frank Summers,del Hubble's Universe Unfiltered, dura una media hora, (show 16. imperdible) y que con una claridad y didáctica increíble, como la tuya, explica todo ese precurso desde el inicio, y cómo hicieron, primero con el Hubble, hasta donde pudieron, ya que hasta el 2009 no captava el infrarrojo. Así que, una vez que se lo agregaron, cómo llegaron a ver esas galaxias lejanísimas, tal vez la primeras a través del infrarrojo, aunque eran las imágenes iniciales, hasta tanto enviaran el Webb. Ahora, recién ahí pude entender ( como buena
    neófita que soy !! jaja ) el Redshift, del que Uds hablan permanentemente. La verdad..me daba vergüenza preguntar tanto..Pero él mostró las ondas de luz en un cuadro..y como se van estirando, a medida que viajan por el espacio que se estira..y estira..y se van corriendo al rojo.." corrimiento al rojo"( tampoco lo entendía) hasta que pueden ser captadas por un telescopio infrarrojo, en este caso el Webb.
    ¡Maravilloso! la explicación y el método, para ver tan, tan lejos. Seguramente, a Uds les parecerá muy naif, mi comentario e impresión. Pero la verdad es esa. Me encantó el video, y tu post acá Guillermo!! ¡ geniales !

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