Época de reionización desplazamiento al rojo
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Se teoriza que hasta unos 380.000 años después del Big Bang, el universo era opaco. ¿Por qué las partículas presentes antes de la formación de los átomos hacían que el universo fuera opaco? ¿Por qué el universo se volvió de repente transparente una vez que empezaron a formarse los átomos? ¿Y cómo sabemos que era opaco ya que las estrellas no habían empezado a formarse todavía?
Antes de que los electrones y protones se fusionaran para formar átomos de hidrógeno (por debajo de cierta temperatura, unos 400 000 años después del Big Bang), los electrones y protones se movían como en un plasma. Los fotones presentes se dispersaban todo el tiempo, lo que hacía que el Universo fuera opaco.
El Universo se volvió transparente a la luz sobrante del Big Bang cuando tenía unos 380.000 años, y siguió siendo transparente a la luz de longitud de onda larga a partir de entonces. Pero sólo cuando el Universo alcanzó unos 500 millones de años de edad se volvió totalmente transparente a la luz de las estrellas, y algunos lugares experimentaron la transparencia antes y otros después.
¿Cómo se volvió transparente el universo?
COSMOLOGÍA | BIG BANGEsta instantánea de la simulación cosmológica por ordenador Illustris muestra un enorme cúmulo de galaxias en el centro, entrelazado con hilos de materia oscura (azul) y gas (naranja). La edad oscura es cuando los astrónomos creen que las diminutas perturbaciones visibles en el fondo cósmico de microondas se transformaron en las estructuras a gran escala que vemos hoy en todo el universo.Colaboración de IllustrisEsta historia proviene de nuestro número especial de enero de 2021, “El principio y el fin del universo”. Haga clic aquí para adquirir el número completo.
El universo primitivo era un lugar de extremos. Era inconcebiblemente pequeño y abrasador, con toda la energía y la materia que jamás habría en un espacio diminuto mil millones de veces más caliente que el centro del Sol. En los primeros momentos después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que surgieran partículas fundamentales, como los quarks y los electrones. Los quarks se combinaron para formar protones y neutrones y, poco después, se formaron los núcleos de deuterio, helio y litio. La energía recorrió el universo naciente en forma de fotones, pero esa luz primitiva rebotó en cada momento contra los electrones libres, que aún no estaban unidos a ningún átomo.
¿Qué representa el fondo cósmico de microondas?
¿Por qué un potente observatorio infrarrojo es clave para ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo? ¿Por qué queremos ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron? Una de las razones es que… ¡todavía no lo hemos hecho! Los satélites de microondas COBE y WMAP vieron la firma de calor que dejó el Big Bang unos 380.000 años después de que se produjera. Pero en ese momento no había estrellas ni galaxias. De hecho, el universo era un lugar bastante oscuro.
Después del Big Bang, el universo era como una sopa caliente de partículas (es decir, protones, neutrones y electrones). Cuando el universo comenzó a enfriarse, los protones y neutrones empezaron a combinarse en átomos ionizados de hidrógeno (y eventualmente de helio). Estos átomos ionizados de hidrógeno y helio atrajeron electrones, convirtiéndolos en átomos neutros, lo que permitió que la luz viajara libremente por primera vez, ya que esta luz ya no se dispersaba por los electrones libres. El universo ya no era opaco. Sin embargo, todavía pasaría algún tiempo (¡quizás hasta unos cientos de millones de años después del Big Bang!) antes de que se formaran las primeras fuentes de luz, poniendo fin a la edad oscura cósmica. No se sabe exactamente cómo era la primera luz del universo (es decir, las estrellas que fusionaron los átomos de hidrógeno existentes en más helio) ni cuándo se formaron estas primeras estrellas. Estas son algunas de las preguntas a las que Webb pretende ayudarnos a responder. Véase también nuestra entrevista con John Mather sobre el Big Bang.
Época opaca
La reionización es la segunda de las dos principales transiciones de fase del gas en el universo[cita requerida] (la primera es la recombinación). Aunque la mayor parte de la materia bariónica del universo está en forma de hidrógeno y helio, la reionización suele referirse estrictamente a la reionización del hidrógeno, el elemento.
Se cree que el helio primordial también experimentó la misma fase de cambios de reionización, pero en diferentes momentos de la historia del universo. Esto se suele denominar reionización del helio.
El primer cambio de fase del hidrógeno en el universo fue la recombinación, que se produjo a un desplazamiento al rojo z = 1089 (379.000 años después del Big Bang), debido al enfriamiento del universo hasta el punto en que la tasa de recombinación de electrones y protones para formar hidrógeno neutro era mayor que la tasa de reionización. [El universo era opaco antes de la recombinación, debido a la dispersión de fotones (de todas las longitudes de onda) de los electrones libres (y de los protones libres, en un grado significativamente menor), pero se volvió cada vez más transparente a medida que más electrones y protones se combinaban para formar átomos de hidrógeno neutro. Aunque los electrones del hidrógeno neutro pueden absorber fotones de algunas longitudes de onda al pasar a un estado excitado, un universo lleno de hidrógeno neutro será relativamente opaco sólo en esas longitudes de onda absorbidas, pero transparente en la mayor parte del espectro. La Edad Oscura del universo comienza en ese punto, porque no había más fuentes de luz que la radiación cósmica de fondo que se desplaza gradualmente hacia el rojo.
