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Más de un centenar de científicos, algunos españoles, se han unido para detectar la escurridiza ‘luz de fondo extragaláctica’. Se trata del conjunto de fotones generados por todas las estrellas y agujeros negros del universo, y del que se puede deducir las emisiones estelares más antiguas. El estudio se ha elaborado con los datos del telescopio espacial Fermi de rayos gamma.

Un grupo internacional de investigadores ha podido diferenciar y caracterizar mejor la luz de las primeras estrellas dentro de la denominada ‘luz de fondo extragaláctica’ o EBL (por sus siglas en inglés: extragalactic background light).

“La EBL es el conjunto de fotones que generan, sobre todo, las estrellas, pero también todos los agujeros negros del universo”, explica a SINC Marco Ajello, del Deutsches Elektronen Synchrotron DESY (Alemania) y autor principal del trabajo que publica Science.

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 This animation tracks several gamma rays through space and time, from their emission in the jet of a distant blazar to their arrival in Fermi’s Large Area Telescope (LAT). During their journey, the number of randomly moving ultraviolet and optical photons (blue) increases as more and more stars are born in the universe. Eventually, one of the gamma rays encounters a photon of starlight and the gamma ray transforms into an electron and a positron. The remaining gamma-ray photons arrive at Fermi, interact with tungsten plates in the LAT, and produce the electrons and positrons whose paths through the detector allows astronomers to backtrack the gamma rays to their source.

“La luz de las primeras estrellas masivas que alguna vez brillaron en el universo está incluida en la EBL, pero como tenemos bastante buen conocimiento del resto –de las estrellas ‘normales’ que podemos ver, por ejemplo, con telescopios ópticos–, somos capaces de restringir la luz de las primeras”, explica el investigador.

El equipo ha tenido que solventar el hecho de que los fotones de la luz de fondo extragaláctica no se pueden observar directamente, ya que se confunden con las emisiones en primer plano de nuestro sistema solar y las galaxias.

La ayuda de los ‘faros cósmicos’

La solución ha sido localizarlos de forma indirecta, con la ayuda de las fuentes de rayos gamma más numerosas: los blazars (núcleos galácticos muy activos con un agujero negro supermasivo central).

Los científicos han detectado los fotones de la EBL por sus efectos en los fotones de rayos gamma que emiten esos agujeros negros. Las observaciones se han efectuado con el telescopio espacial Fermi, específico para estudiar ese tipo de rayos.

“Hemos usado los blazars como ‘faros cósmicos’”“Hemos usado los blazars como ‘faros cósmicos’, de tal forma que al analizar cómo se atenúan los rayos gamma debido a la ‘niebla’ EBL, podemos cuantificar cuanta luz de fondo extragaláctica hay entre nosotros y esos objetos lejanos”, señala Ajello. “Como los blazars están distribuidos a través del universo, podemos medir la EBL en diferentes épocas”.

De esta forma, los científicos han podido caracterizar mejor la EBL dentro del espectro de luz (desplazamiento al rojo), así como la tasa de formación de la primera generación de estrellas. Con estos datos confían en poder comprender mejor la naturaleza de la formación estelar y la evolución de las galaxias.

Entre los más de un centenar de investigadores que han participado en este estudio, figuran dos españoles del Institut de Ciències de l’Espai (IEEE-CSIC) y la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA).

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Referencia bibliográfica:

Markus Ackermann et al. “The Imprint of The Extragalactic Background Light in the Gamma-Ray Spectra of Blazars”. Science, 1 de noviembre de 2012.

Los cálculos de los astrónomos indican que la distancia media entre los astros en el universo es de 4.150 años luz.

“La luz visible y ultravioleta de las estrellas sigue viajando por el universo incluso después de que hayan dejado de brillar, lo que crea un campo de radiación fósil que podemos explorar utilizando los rayos gamma de fuentes lejanas”, dice el científico Marco Ajello.

Es una especie de niebla de luz estelar y un grupo de investigadores ha logrado medirla con la mayor precisión hasta la fecha gracias a un telescopio espacial, el Fermi, dedicado a las fuentes de rayos gamma. Así, han podido determinar que hay como media 1,4 estrellas en cielo por 100.000 millones de años luz cúbicos y que la distancia media entre una estrella y otra es de 4.150 años luz.

Los astrónomos denominan “fondo de luz extragaláctica” a la suma de toda la luz estelar en el cielo y para los rayos cósmicos ese fondo es como una niebla para la luz de un faro, explica la NASA. Ajello y sus colegas, liderados por M.Ackermann, han observado un tipo especial de faros cósmicos llamados blazar para explorar la niebla de luz estelar, y dan a conocer sus resultados en la revista Science.

Los blazar son galaxias que tienen en su centro agujeros negros supermasivos de los que parte de la materia que va cayendo en ellos sale disparada, acelerada casi a la velocidad de la luz en chorros con direcciones opuestas. Si uno de esos chorros está orientado hacia la Tierra, la galaxia resulta especialmente brillante cuando se observa desde aquí. Es decir, los blazar son en esta investigación los haces de la luz (en forma de rayos gamma) de los faros en la niebla (de la luz estelar).

El estudio, con 150 blazar, ha permitido calcular la atenuación de los rayos gamma (por los fotones de la luz de las estrellas que la emitieron antes) al recorrer diferentes distancias en el universo. Y han observado blazar en el cielo hasta distancias que corresponden al universo de hace 9.600 millones de años (el universo tiene ahora unos 13.700 millones de años). Así, con estos faros cósmicos han logrado estimar la densidad de la niebla y calcular la densidad media de estrellas, así como la distancia media entre ellas.

“Estos resultados del Fermi abren la posibilidad de acotar el primer período de formación estelar en el cosmos y, por tanto, despliegan el escenario para el futuro telescopio espacial James Webb: el Fermi nos está proporcionando una sombra de las primeras estrellas mientras que el James Webb las detectará directamente”, explica Volker Bromm, astrónomo de la Universidad de Texas, en el comunicado de la NASA.