La invención de la tomografía computarizada condujo a una revolución en el diagnóstico médico. Cuando los rayos X solo proporcionan una vista bidimensional plana del cuerpo humano, una tomografía computarizada proporciona una vista tridimensional más reveladora. Para hacer esto, los escáneres CAT toman muchas "rebanadas" virtuales electrónicamente y las ensamblan en una imagen 3D.
Ahora, una nueva técnica que se asemeja a las tomografías computarizadas, conocida como tomografía, está preparada para revolucionar el estudio del universo joven y el final de las "edades oscuras" cósmicas. Reportando en la edición del 11 de noviembre de 2004 de Nature, los astrofísicos J. Stuart B. Wyithe (Universidad de Melbourne) y Abraham Loeb (Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica) han calculado el tamaño de las estructuras cósmicas que se medirán cuando los astrónomos efectivamente tome imágenes parecidas a una exploración de CAT del universo primitivo. Esas mediciones mostrarán cómo evolucionó el universo durante sus primeros mil millones de años de existencia.
"Hasta ahora, hemos estado limitados a una sola instantánea de la infancia del universo: el fondo cósmico de microondas", dice Loeb. “Esta nueva técnica nos permitirá ver un álbum completo lleno de fotos de bebés del universo. Podemos ver el universo crecer y madurar ".
Cortando espacio
El corazón de la técnica de tomografía descrita por Wyithe y Loeb es el estudio de la radiación de longitud de onda de 21 centímetros de átomos de hidrógeno neutros. En nuestra propia galaxia, esta radiación ha ayudado a los astrónomos a mapear el halo esférico de la Vía Láctea. Para mapear el lejano universo joven, los astrónomos deben detectar la radiación de 21 cm que se ha desplazado al rojo: estirada a longitudes de onda más largas (y frecuencias más bajas) por la expansión del espacio mismo.
Redshift está directamente relacionado con la distancia. Cuanto más lejos esté una nube de hidrógeno de la Tierra, más se desplazará su radiación hacia el rojo. Por lo tanto, al observar una frecuencia específica, los astrónomos pueden fotografiar una "porción" del universo a una distancia específica. Al atravesar muchas frecuencias, pueden fotografiar muchas rebanadas y construir una imagen tridimensional del universo.
"La tomografía es un proceso complicado, que es una de las razones por las que no se ha hecho antes en desplazamientos al rojo muy altos", dice Wyithe. "Pero también es muy prometedor porque es una de las pocas técnicas que nos permitirá estudiar los primeros mil millones de años de la historia del universo".
Un universo de pompas de jabón
Los primeros mil millones de años son críticos porque es cuando las primeras estrellas comenzaron a brillar y las primeras galaxias comenzaron a formarse en cúmulos compactos. Esas estrellas ardieron ardientemente, emitiendo enormes cantidades de luz ultravioleta que ionizó los átomos de hidrógeno cercanos, separando los electrones de los protones y despejando la niebla de gas neutro que llenaba el universo primitivo.
Los cúmulos de galaxias jóvenes pronto estuvieron rodeados de burbujas de gas ionizado, muy parecidas a las pompas de jabón que flotan en una bañera de agua. A medida que más luz ultravioleta inundaba el espacio, las burbujas se hicieron más grandes y se fusionaron gradualmente. Finalmente, aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, todo el universo visible se ionizó.
Para estudiar el universo primitivo cuando las burbujas eran pequeñas y el gas en su mayoría neutral, los astrónomos deben tomar rebanadas a través del espacio como si cortaran un bloque de queso suizo. Loeb dice que al igual que con el queso, "si nuestras rebanadas del universo son demasiado estrechas, seguiremos golpeando las mismas burbujas". La vista nunca cambiará ".
Para obtener mediciones realmente útiles, los astrónomos deben tomar rodajas más grandes que golpeen diferentes burbujas. Cada corte debe ser más ancho que el ancho de una burbuja típica. Wyithe y Loeb calculan que las burbujas individuales más grandes alcanzaron tamaños de aproximadamente 30 millones de años luz en el universo temprano (equivalente a más de 200 millones de años luz en el universo expandido de hoy). Esas predicciones cruciales guiarán el diseño de instrumentos de radio para realizar estudios tomográficos.
Los astrónomos pronto probarán las predicciones de Wyithe y Loeb usando una serie de antenas sintonizadas para operar a las frecuencias de 100-200 megahercios de hidrógeno desplazado al rojo de 21 cm. El mapeo del cielo en estas frecuencias es extremadamente difícil debido a la interferencia provocada por el hombre (TV y radio FM) y los efectos de la ionosfera de la Tierra en las ondas de radio de baja frecuencia. Sin embargo, las nuevas tecnologías electrónicas y de computadoras de bajo costo harán posible un mapeo extenso antes del final de la década.
"Los cálculos de Stuart y Avi son hermosos porque una vez que hayamos construido nuestras matrices, las predicciones serán fáciles de probar a medida que tomemos nuestras primeras miradas del universo primitivo", dice el astrónomo de radio Smithsonian Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill está trabajando para crear esos primeros atisbos a través de una propuesta para equipar el Very Large Array de la National Science Foundation con los receptores y dispositivos electrónicos necesarios, financiados por el Smithsonian. "Con suerte, crearemos las primeras imágenes de los depósitos de material caliente alrededor de varios de los cuásares más jóvenes del universo", dice Greenhill.
Los resultados de Wyithe y Loeb también ayudarán a guiar el diseño y el desarrollo de los observatorios de radio de próxima generación que se están construyendo desde cero, como el proyecto europeo LOFAR y una matriz propuesta por una colaboración entre Estados Unidos y Australia para la construcción en el interior silencioso de radio. El oeste de Australia.
Fuente original: Comunicado de prensa de Harvard CfA
