Un equipo de investigadores ha producido la vista más detallada hasta el momento de la reionización cósmica, en el mayor volumen de espacio en comparación con otras simulaciones. Podemos observar de esta forma cómo se concretó el “amanecer cósmico” y llegó la luz al Universo.
Un nuevo estudio ha permitido a los científicos investigar con mayor profundidad las edades oscuras del Universo, descubriendo detalles desconocidos del cosmos primitivo, en el cual todo era un mar opaco y sin luz de remolinos de gas. A través de una simulación concretada con un superordenador, demostraron cómo se pueden haber "encendido las luces" en el llamado “amanecer cósmico”, el momento en el cual la luz comenzó a fluir libremente a través de todo el espectro electromagnético y el Universo finalmente se iluminó.
El avance fue posible gracias al trabajo de la Colaboración Thesan, conformada por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Harvard y el Instituto Max Planck de Astrofísica. La investigación, que dio lugar al modelo más grande y detallado del Universo primitivo hasta la fecha, fue publicada recientemente en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Video: representación en video de los procesos que culminaron en el "amanecer cósmico". Crédito: Thesan Collaboration / YouTube.
Un largo camino hacia la luz
Hace aproximadamente 13.800 millones de años, una gran "explosión" cosmológica inicial conocida como “Big Bang” inició la historia del Universo de una forma violenta y espectacular. Aunque la ciencia aún no ha logrado explicar en detalle cómo y por qué se produjo ese estallido primario, sí se sabe que poco después del mismo el Universo “infantil” se enfrió drásticamente y se oscureció por completo.
Sin embargo, un par de cientos de millones de años después del Big Bang, el Universo comenzó a despertarse poco a poco: la gravedad reunió materia en las primeras estrellas y galaxias. Algo estaba cambiando y generando dinamismo: la luz de esas primeras estrellas convirtió el gas circundante en un plasma ionizado caliente. Esta es una transformación crucial conocida como reionización cósmica, que impulsó al Universo a convertirse en la estructura compleja que apreciamos actualmente.
En ese momento, comenzaron a brillar las estrellas y el cosmos se iluminó: la luz había logrado desperdigarse por todo el espectro electromagnético. Es precisamente este período, conocido como el "amanecer cósmico" y que ocurrió entre 250 y 350 millones de años después del gran estallido inicial, el que han logrado simular los científicos. Al mismo tiempo, reunieron detalles únicos de todos los pasos previos a ese destello primigenio, a lo largo de los mil millones de años iniciales del cosmos, en sus etapas oscuras.
Cambios complejos y caóticos
Según una nota de prensa del MIT, el proyecto Thesan (que lleva el nombre de la diosa etrusca del amanecer) ha revelado aspectos desconocidos de la etapa de reionización cósmica, un período que ha sido difícil de reconstruir hasta el momento, ya que implica interacciones caóticas e inmensamente complicadas entre la gravedad, el gas y la radiación presentes en el Universo primitivo.
La reionización cósmica es un proceso que tuvo lugar tras la época en que se inició la formación de galaxias: fue la segunda mayor fase de cambio del hidrógeno en el Universo, el elemento químico más abundante en el cosmos, que concentra más del 75 % en materia normal por masa y más del 90 % en número de átomos. En definitiva, lo que hizo factible este proceso al completarse fue que la luz pudiera atravesar el Universo e iluminarlo, sacándolo de la penumbra en la que estaba inmerso.
Un punto a destacar es que los primeros análisis de las simulaciones, realizadas gracias a SuperMUC-NG, uno de las superordenadores más grandes del mundo, sugieren que sobre el final de la reionización cósmica la distancia que la luz podía recorrer aumentó más rápidamente de aquello que los científicos habían supuesto previamente. En otras palabras, descubrieron que la luz no viajó grandes distancias en los inicios del Universo: esa distancia solo se volvió importante al final de la reionización, aumentando en un factor de 10 en solo unos pocos cientos de millones de años.
Referencia
The THESAN project: Lyman-α emission and transmission during the Epoch of Reionization. A Smith, R Kannan, E Garaldi, M Vogelsberger, R Pakmor, V Springel and L Hernquist. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/stac713
