L’alba del cosmos, observada per primer cop

L’estudi de l’Univers primigeni podria aportar informació sobre la misteriosa matèria fosca

Com els de qualsevol nadó, els tres primers minuts de l’Univers van ser moguts. Entre altres coses, l’espai es va expandir a una velocitat superior a la de la llum, les partícules elementals van adquirir massa gràcies al famós bosó de Higgs i es van formar els primers nuclis del que posteriorment seria hidrogen i heli. Acabats aquests tres minuts de glòria, l’Univers era un manyoc tan compacte que ni tan sols la llum en podia escapar. Passava el mateix que en un dia de boira espessa, quan no podem veure el que tenim davant del nas perquè l’ambient saturat d’humitat n’intercepta la llum.

Al cap de 380.000 anys, aquell garbuix s’havia diluït prou perquè la llum s’escapolís de la matèria. Així ho va fer i així ho van detectar als anys 60 els científics Arno Penzias i Robert Wilson, en una mesura que va representar la confirmació de l’existència del Big Bang. El senyal que van captar Penzias i Wilson es coneix com a radiació del fons còsmic de microones. És la radiació més antiga que podem observar i amara tot l’espai: si llegiu aquest article a l’aire lliure, cada centímetre cúbic de l’espai que us envolta conté uns 400 fotons d’aquesta radiació.

Una finestra a l’Univers primigeni

Després d’això, l’Univers es va continuar refredant i es va passar milions d’anys sumit en les tenebres. Però en aquella foscor primigènia, els àtoms d’hidrogen s’apilonaven i creaven estructures esfèriques cada cop més compactes que s’anaven escalfant fins que una d’elles es va encendre i va començar a emetre llum. Va ser la primera estrella de l’Univers, l’albada còsmica. 13.500 milions d’anys després, aquesta llum originària és tan feble que no es pot detectar amb els instruments actuals. Sí que es pot detectar, però, l’efecte d’aquestes estrelles primerenques en el medi interestel·lar. Això és el que han publicat aquesta setmana a la revista Nature un grup d’investigadors encapçalats per un equip de la Universitat de l’Estat d’Arizona dels Estats Units.

Els científics han detectat una radiació característica de l’hidrogen quan es troba en un medi amb presència d’estrelles que ha permès confirmar que les primeres estrelles de l’Univers es van encendre 180 milions d’anys després del Big Bang. “Aquesta detecció d’alguna manera és com la que van fer Penzias i Wilson als anys 60”, explica Licia Verde, professora ICREA de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, que no ha participat en l’estudi. “Fa anys que pensàvem que aquest senyal havia d’existir -continua-, i per fi l’hem trobat”.

“Fins ara les galàxies més antigues que havíem observat eren de quan l’Univers tenia 360 milions d’anys, i aquesta detecció ens permet veure per primer cop què passava abans d’aquest moment”, afegeix Eduard Salvador, catedràtic d’astrofísica del mateix institut, que tampoc ha participat en l’estudi.

Una proesa tècnica

La detecció no ha sigut gens fàcil. En primer lloc, calia conèixer la freqüència a la qual radia el gas: 1.420 MHz. Com que l’Univers s’expandeix, però, buscar senyals d’aquesta freqüència seria un error. Quan una ona electromagnètica com aquesta viatja per l’espai en expansió passa una cosa semblant al que succeeix amb les lletres d’un mitjó elàstic quan s’estira: les lletres se separen. Que es distanciïn les parts d’una ona vol dir que l’ona es repeteix amb més lentitud, és a dir, que redueix la seva freqüència. Coneixent el ritme d’expansió de l’Univers i l’època aproximada en què es va emetre, es pot calcular la diferència entre la freqüència emesa i l’actual. Així, els científics sabien en quin rang de freqüències havien de buscar. I han trobat un senyal de 78 MHz, que correspon a una ona de ràdio.

Les dificultats, però, no s’acaben aquí. Resulta que d’ones de ràdio en el rang estudiat n’hi ha moltes. N’hi ha de generades pels sistemes de telecomunicacions i n’hi ha que provenen de la nostra i d’altres galàxies. A més, com que el senyal procedeix d’un temps tan remot, és 100.000 vegades més feble que altres senyals semblants. Per minimitzar les interferències, l’antena utilitzada en la detecció -un objecte no gaire més gran que una taula de menjador- es va instal·lar en el desert d’Austràlia, en un emplaçament amb telecomunicacions restringides fins a 260 quilòmetres a la rodona. Malgrat això, espigolar aquest senyal de la resta és, d’alguna manera, com identificar una emissora de ràdio a mínim volum quan totes les altres sonen a l’hora i a màxima potència. Després de deu anys de feina, els científics han trobat la manera de fer-ho.

Possible finestra a la matèria fosca

La troballa no només és interessant perquè permet observar per primer cop l’Univers quan tenia 180 milions d’anys i confirmar que va ser llavors quan es van encendre les primeres estrelles, sinó perquè ve acompanyada d’una discrepància: segons el senyal captat, la temperatura de l’hidrogen que va emetre la radiació és més baixa que la que prediu la teoria. Els autors de l’estudi proposen com una de les causes plausibles d’aquesta diferència els efectes de la matèria fosca sobre el gas emissor.

La naturalesa de la matèria fosca és un dels misteris científics més roents de l’actualitat. Es tracta d’un tipus de matèria que no emet ni absorbeix llum, de manera que actualment és inobservable directament i, per tant, una gran desconeguda. La seva existència només s’ha pogut imaginar a partir dels seus efectes gravitatoris, que han permès deduir que el 85% de l’Univers està format per aquesta matèria misteriosa. Els autors de l’estudi sostenen que si la seva hipòtesi es confirma podríem aprendre alguna cosa nova sobre com la matèria fosca afecta la matèria ordinària i, per tant, avançar en el coneixement de la seva naturalesa llenegadissa. El catedràtic Eduard Salvador es mostra més prudent: “El que passava quan l’Univers tenia 180 milions d’anys era molt complicat. Podria ser que els models teòrics s’haguessin d’ajustar millor per explicar aquesta discrepància”.

Més continguts de