¿Son invisibles las primeras estrellas del universo?
¿Por qué no es suficiente decir "que haya luz"
Observa la belleza de la vida. Mira las estrellas y cómo corres con ellas.
- Marco Aurelio
Imagina el cielo nocturno que conoces. Lejos de las ciudades en una noche sin luna, en los lugares más oscuros que has visto. Como si te acostaras en la hierba y miras al cielo. Miras hacia arriba, el aire es fresco y el cielo está despejado: no hay nubes visibles.Que vas a ver
Planetas, estrellas, brillantes y tenues, e incluso la Vía Láctea. Pero quizás lo más sorprendente del cielo nocturno no es la presencia de algunas luces dispersas, sino que el cielo está oscuro en casi cualquier dirección.Si lo piensas, entonces tiene poco sentido lo que está sucediendo.
Si hubiera muchas estrellas en el Universo, fuentes de luz en todas las direcciones, uno esperaría que, dondequiera que mire, su línea de visión se encontraría con una estrella.Y si es así, no notarías ninguna oscuridad. Cada punto se llenaría de luz, sin importar cuán lejos esté esta estrella, galaxia u otra fuente de luz.
Esta fue una de las mayores paradojas del siglo XIX: la paradoja de Olbers, que mostró que la idea de un universo infinito lleno de un número infinito de estrellas colocadas en todo el cosmos era incompatible con la oscuridad del cielo nocturno.La solución a esta paradoja, por supuesto, es que cuando miramos las partes remotas del Universo, miramos al pasado. Dado que el Universo existía en un estado temprano caliente, denso y más uniforme, hubo un momento antes del cual no había estrellas en el Universo, ya que la gravedad tomó tiempo para recoger primero el gas original en estrellas. Si miras a una distancia suficientemente grande, entonces no habrá una sola estrella visible.
Después del Big Bang, el Universo era cálido, denso y homogéneo, y también se expandió y enfrió. A la edad de 380,000 años, se había enfriado lo suficiente como para que se formaran átomos neutros por primera vez. Pero para ver algo, hay dos obstáculos:1. No hay nada que mirar hasta que creamos fuentes de luz.2. E incluso después de esto, el universo necesita volverse transparente.Y aunque estos dos problemas, la formación de las primeras estrellas y la adquisición de la transparencia del universo, generalmente se combinan bajo el nombre de los "siglos oscuros", estos son dos problemas separados que el universo necesita resolver.
En primer lugar, antes de la formación de las primeras estrellas, simplemente no tienes nada que ver. Y aunque el Universo era inicialmente casi homogéneo, había pequeñas imperfecciones, por ejemplo, áreas en las que la materia era un poco más que el promedio. Con el tiempo, la gravedad atrajo más y más materia hacia áreas de mayor densidad, y se convirtieron en grumos de materia.Después de decenas de miles de millones de años, estos bultos han crecido lo suficiente como para comenzar a colapsar por su propio peso. Y cuando los núcleos de estos grumos de átomos y moléculas están suficientemente compactados, ¡el proceso de síntesis nuclear, que quema hidrógeno y lo convierte en helio, finalmente comienza!
Estos lugares de fusión nuclear se convierten en los núcleos de las primeras estrellas del Universo, ardiendo intensamente y emitiendo la primera luz visible de uno de los primeros períodos del Big Bang.Esto sucede solo 50 millones de años después del nacimiento del universo, lo que parece una brecha muy corta para las estrellas. Pero hay un problema: ¡ninguna de estas estrellas es visible para nosotros!
Por supuesto, estas estrellas emiten luz, al igual que las estrellas detrás de la "nebulosa oscura" de arriba, Barnard 68. Se ve muy oscura porque bloquea la luz de las estrellas. Por qué Debido a que los átomos y las moléculas que existen en él son de tal tamaño que pueden absorber la luz visible.Aunque los átomos individuales tienen ciertas transiciones en las que pueden absorber la luz, al estar unidos en configuraciones astutas, pueden bloquear todo el espectro de luz visible. Fue tal opacidad que se formó en el Universo durante la aparición de las primeras estrellas: se creó la luz, pero no pudo alcanzar nuestros ojos.Y que hacemos
Necesitamos ionizar estos átomos. Más precisamente, reioniza, porque antes ya estaban ionizados: antes de volverse neutrales.Pero este no es un proceso rápido: requiere miles de millones de estrellas para aparecer, emitir radiación ultravioleta ionizante y colisionar con más del 99% de átomos neutros en el universo. ¡Este es un proceso gradual, y lleva aproximadamente 550 millones de años completarlo!Hasta hace poco, se creía que la reionización, la última fase del proceso para obtener el universo de transparencia, sucedió 450 millones de años después del Big Bang, pero este factor adicional de 100 millones de años fue determinado por observaciones recientes del satélite Planck.Pero esto no significa que las primeras estrellas del Universo se formaron 100 millones de años después de lo que pensábamos, como imaginan algunos autores.
Esto significa que las primeras estrellas se formaron mucho antes de lo que pudimos verlas, y que había pocas de ellas, y no se quemaron lo suficiente y no fueron lo suficientemente calientes, para reionizar el Universo y hacerlo transparente antes de 100 millones de años después. .
No basta con decir "que haya luz" para ver las primeras estrellas: ¡esta luz debe poder moverse libremente en el espacio!No se pueden ver en el espectro visible. No importa cuán bueno sea el telescopio para ellos. Hubble, cuánto tiempo mira en estas partes del cielo, nunca mirará hacia atrás para ver las primeras estrellas, porque entonces el Universo era opaco a la luz visible.Pero hay esperanza, y el telescopio espacial James Webb tendrá el potencial de hacer realidad este sueño.
Cuando se observan en ondas más largas, estas estructuras polvorientas de átomos y moléculas pueden ser transparentes para ellos. E incluso si el Hubble no ve estas estrellas, James Webb, mirando en el rango infrarrojo (y bastante lejos), puede mirar hacia el pasado hasta el momento en que el Universo era opaco a la luz visible.En otras palabras, en solo unos años, podremos estudiar las primeras estrellas del Universo, y no solo lo que sucedió cientos de millones de años después, cuando el Universo se volvió transparente a la luz visible. Hasta ahora, las primeras estrellas del Universo pueden ser invisibles, ¡pero el problema radica en nuestros ojos y no en la luz!Source: https://habr.com/ru/post/es397715/
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