Cuando el Universo era joven: debate en un encuentro internacional

Estrellas, galaxias y agujeros negros formados alrededor de 30 millones de años después del Big Bang constituyeron el tema de una escuela organizada con el apoyo de la FAPESP, con el objetivo de preparar a los investigadores para la próxima etapa de la Astronomía mundial

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La participación en grandes proyectos internacionales de observación, varios de ellos con el apoyo de la FAPESP, ha contribuido para expandir en calidad y en cantidad la investigación astronómica en Brasil. Entre esos proyectos se encuentran el Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), con sede en Cerro Pachón, en los Andes chilenos, y el Gemini Observatory, con dos telescopios gemelos: uno también en Cerro Pachón y otro en Mauna Kea, en Hawái.

Con presencia consolidada en el escenario global, los astrónomos que trabajan en Brasil afrontan ahora un importante reto: generar capacidad para tomar parte en la nueva etapa de la Astronomía mundial propiciada por la construcción de equipamientos gigantes.

Uno de ellos es el Giant Magellan Telescope, con un espejo de 24,5 metros de diámetro, que está construyéndose en el Observatorio Las Campanas, en Chile. Con una inversión de 40 millones de dólares, equivalente al 4% del total del proyecto, la FAPESP les asegurará a los científicos del estado de São Paulo el 4% del tiempo de uso del megatelescopio, que entrará en actividad en 2027.

Los aparatos de este porte permitirán observar objetos cada vez más lejanos –y cada vez más antiguos–, suministrando información valiosa sobre las primeras fases del Universo y ratificando o rectificando los modelos teóricos vigentes. Para los astrónomos brasileños, el reto consiste en ir más allá de los conocimientos basados fundamentalmente en la observación del Universo local y capacitarse para dar respuesta a los interrogantes que plantean los datos provenientes de los confines del Cosmos.

Este fue el propósito que motivó la realización de la Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada sobre la Primera Luz: estrellas, galaxias y agujeros negros en la época de la reionización, que tuvo lugar en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), en Brasil, entre los días 28 de julio y 7 de agosto.

“El enfoque de esta Escuela recae sobre la época de la reionización del Universo. Invitamos a dictar las clases a los mayores expertos internacionales en el tema y reunimos a 100 alumnos del más alto nivel. Son 50 doctorandos de Brasil y 50 del exterior. Fue sumamente difícil seleccionarlos, pues hubo más de 300 postulantes, todos con las mejores acreditaciones académicas”, declaró el coordinador del evento, Laerte Sodré Jr., profesor titular y exdirector del IAG-USP, y coordinador de la Red Paulista de Astronomía (São Paulo Astronomy Network – SPAnet), a Agência FAPESP.

El término reionización hace referencia a un proceso acaecido alrededor de 1.000 millones de años después del Big Bang. El Universo joven estaba ionizado, pues su altísima temperatura impedía que las partículas cargadas eléctricamente se compusiesen formando estructuras neutras.

Con su expansión y su consiguiente enfriamiento, esa composición –que originó los primeros átomos– pudo concretarse cuando el Universo llegó a una edad aproximada de medio millón de años. Pero al formarse, las estrellas de primera y de segunda generación volvieron a ionizar las regiones vecinas. Con el tiempo, y con la formación de nuevas estrellas y galaxias, esas regiones ionizadas se aglutinaron promoviendo la reionización del Universo a gran escala.

“El enfoque de La Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada sobre la Primera Luz recae sobre ese período, presuntamente rico en eventos, pero aún muy poco conocido. Uno de los grandes retos consiste en observar esas galaxias y esas estrellas lejanas que se formaron en la era de la reionización. Hasta ahora, ninguna observación anunciada obtuvo el reconocimiento de la mayoría de la comunidad científica. Sucede que las señales recibidas son extremadamente débiles”, dijo Sodré.

“Como el Universo al comienzo de la reionización estaba constituido mayoritariamente por átomos de hidrógeno, las observaciones se concentran en la banda de emisión del hidrógeno neutro. Sucede que existe una cantidad enorme de objetos que emiten en esa misma frecuencia, desde teléfonos celulares hasta electrones acelerados de la Vía Láctea. La señal que se pretende medir corresponde casi a una milésima de la señal que se recibe”, dijo.

Una de las estrategias que los científicos ponen en práctica para mejorar el acceso a la información proveniente del Universo joven consiste en sacar partido del fenómeno natural constituido por las lentes gravitacionales. Estas se formaron debido a una distorsión en la geometría del espacio-tiempo provocada por la presencia de un cuerpo de gran masa que se interpuso entre el objeto y el observador. Estaban previstas en la teoría general de la relatividad de Einstein, y luego se las confirmó mediante la observación astronómica.

El astrónomo israelí Azi Zitrin, docente de la Ben Gurion University, en Israel, y uno de los disertantes en la Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada sobre la Primera Luz, es experto en este tipo de procedimiento. “Las lentes gravitacionales permiten explorar el Universo más lejos y mejor. Cuando contamos las galaxias en el cielo, verificamos que existen muchas más galaxias débiles que galaxias brillantes. Podemos decir que esas galaxias débiles fueron las principales responsables de la reionización por el mero hecho de que son mucho más numerosas. El problema reside en que la observación de esas galaxias resulta difícil. Las lentes gravitacionales facilitan dicha observación y nos brindan el acceso a objetos que estarían inaccesibles mediante la aplicación de los equipamientos actuales”, declaró Zitrin a Agência FAPESP.

Los nuevos equipamientos en construcción harán posible investigar ese período con una mayor precisión. Por eso existe una enorme expectativa con relación a ellos. El Telescopio Espacial Hubble, que orbita la Tierra desde la década de 1990, ya le ha brindado a la humanidad una formidable masa de información del Sistema Solar y del denominado Espacio Profundo. Y el Giant Magellan Telescope poseerá un poder de resolución diez veces mayor que el del Hubble.

“Estos equipamientos fueron concebidos especialmente para la investigación del Universo joven. La participación en proyectos como el del GMT pondrá ese formidable recurso al alcance de nuestra comunidad. Pero es sumamente importante preparar una generación de astrónomos capaz de operar con ese período: que pueda trabajar con temas como el proceso de formación de las galaxias, por ejemplo. La realización de un evento internacional como este que estamos concretando tiene precisamente ese objetivo”, dijo Roderik Overzier, investigador del Observatorio Nacional de Río de Janeiro y co-chair de la Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada sobre la Primera Luz.