Miden, por primera vez, la luz de todas las estrellas que han existido en el Universo

Los astrofísicos creen que nuestro Universo, que tiene aproximadamente 13.700 millones de años de edad, comenzó a formar las primeras estrellas apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang . Y desde entonces no ha dejado de hacerlo. Se calcula que en la actualidad existen alrededor de dos billones de galaxias y cerca de un billón de billones de estrellas.

Ahora, utilizando nuevos métodos de medición de luz estelar, el astrofísico de la universidad de Clemson Marco Ajello y su equipo han analizado datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, de la NASA, para determinar cómo fue la historia de la formación de estrellas durante la mayor parte de la vida del Universo.

«A partir de los datos recopilados por el telescopio Fermi -explica Ajello- c onseguimos medir la cantidad total de luz estelar emitida , algo que nunca se había hecho antes. La mayor parte de esa luz fue emitida por estrellas que viven en galaxias y de esta forma, pudimos comprender mejor el proceso de evolución estelar y obtener una visión cautivadora de cómo el Universo fabricó su contenido luminoso».

Expresar en números la cantidad de luz emitida por todas las estrellas que existen y han existido en el Universo no resulta fácil, ya que hay diversas variables que no permiten cuantificar toda esa luz en términos sencillos. Pero de acuerdo con la mueva medición llevada a cabo por Ajello y sus colegas, el número total de fotones (partículas de luz) que han escapado alguna vez al espacio tras ser emitidos por estrellas es, ni más ni menos, de 4x10 ^84 , o lo que es lo mismo, 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. 000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de fotones.

A pesar de lo extraordinariamente grande que resulta la cifra, los investigadores consideran el interesante el hecho de que, si dejamos a un lado la luz que procede de nuestro propio Sol y de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, el resto de luz estelar que recibimos en la Tierra es realmente escaso. Apenas equivale a la luz que emitiría una bombilla de 60 vatios vista en medio de una oscuridad total a 2,5 kilómetros de distancia.

La razón para que esto sea así hay que buscarla en el tamaño del Universo, que los autores del trabajo califican de «incomprensiblemente enorme». Se trata de la misma razón por la que el cielo se ve oscuro por las noches, aparte de la luz de la Luna, las estrellas visibles y el tenue brillo de la Vía Láctea.

El Telescopio Espacial de rayos Gamma Fermi, que acaba de cumplir 10 años en el espacio (fue lanzado el 11 de Junio de 2008) ha proporcionado ya una ingente cantidad de datos sobre los rayos gamma, la forma más energética de luz que existe, y cómo éstos interaccionan con la llamada Luz de Fondo Extragaláctica (EBL por sus siglas en inglés), que podríamos describir como una especie de «niebla cósmica» compuesta por toda la luz ultravioleta, visible e infrarroja emitida por estrellas o por nubes de polvo y gas cercanas a ellas. Para llevar a cabo su investigación, Ajello y su equipo analizaron nueve años de datos del telescopio relativos a emisiones de rayos gamma de 739 blazares diferentes.

Los blazares son galaxias que contienen en sus centros agujeros negros supermasivos capaces de emitir chorros de partículas muy energéticas que «saltan» desde sus galaxias de origen al espacio a la velocidad de la luz. Cuando uno de estos chorros es emitido directamente hacia la Tierra, resulta fácilmente detectable incluso si se encuentra muy lejos, a miles de millones de años luz de distancia. Eventualmente, los fotones de rayos gamma surgidos dentro de esos chorros interaccionan con partículas de la neblina cósmica , dejando una huella observable. Fue así como el equipo de Ajello consiguió medir la densidad de la niebla no solo en un punto dado del espacio, sino también en un momento dado en la historia del Universo.

«Los fotones de rayos gamma que viajan a través de la niebla de luz estelar tienen una gran probabilidad de ser absorbidos -explica Ajello-. Y al medir el número de fotones que son absorbidos, pudimos medir cómo de densa era esa niebla y, cuánta luz había en cada momento de la historia del Universo en todo el rango de longitudes de onda».

A través de numerosos estudios de galaxias, la historia de la formación de estrellas en el Universo se ha estudiado durante décadas. Sin embargo, las investigaciones anteriores se enfrentaban a un obstáculo insalvable: muchas galaxias estaban demasiado lejos o eran demasiado débiles como para que su luz pudiera ser recogida por los telescopios. Lo cual obligaba a los científicos a hacer estimaciones de la luz de las estrellas de estas galaxias, en vez de medirla directamente.

Pero Ajello y su equipo consiguieron obviar ese problema. Y lo hicieron usando los datos del Telescopio Fermi para analizar la luz de fondo extragaláctico. De hecho, la luz estelar que escapa de las galaxias, incluidas las más distantes, en ocasiones pasa a formar parte de esa luz de fondo. Por lo tanto, medir con precisión esa neblina cósmica, algo que hoy resulta posible, eliminó de un solo golpe la necesidad de estimar las emisiones de luz de las galaxias que nos resultan difíciles de ver.

Según explica Vaidehi Paliya, coautor de la investigación, «al utilizar blazares a diferentes distancias de nosotros, conseguimos medir cuánta luz estelar había en diferentes periodos de tiempo. Medimos la luz estelar total de cada época: hace mil millones de años, hace dos mil millones de años, hace seis mil millones de años... y así hasta el momento en que se formaron las primeras estrellas. Eso nos permitió reconstruir la luz de fondo extragaláctica y determinar la historia de la formación estelar del Universo de una forma mucho más efectiva a como se había hecho antes».

Cuando los rayos gamma de alta energía chocan con los fotones de luz visible, de baja energía, se transforman en pares de electrones y positrones. Según la NASA, la capacidad del Telescopio Espacial Fermi para detectar rayos gamma en un amplio rango de energías lo hace especialmente adecuado para mapear la neblina cósmica. Esas interacciones entre partículas a menudo ocurren a distancias inmensas, lo que permitió al equipo de Ajello explorar con mucho más detalle la «capacidad productiva» del Universo a la hora de fabricar estrellas.

«Los científicos han intentado medir la luz de fondo extragaláctica durante mucho tiempo -afirma por su parte Abhishek Desai, otro de los autores del estudio-. Sin embargo, los primeros planos muy brillantes, como la luz zodiacal (la luz dispersada por el polvo dentro del Sistema Solar) hicieron que conseguir esas mediciones fuera un enorme desafío. Nuestra técnica, sin embargo, no se ve afectada por lo que sucede en primer plano, y por lo tanto superó todas estas dificultades de una sola vez».

La formación de estrellas, que tiene lugar cuando las regiones más densas de enormes nubes moleculares colapsan, alcanzaron su punto máximo hace unos 11.000 millones de años. Y aunque el nacimiento de nuevas estrellas se ha ralentizado mucho desde entonces, nunca se ha detenido. En nuestra Vía Láctea, por ejemplo, nacen unas siete estrellas nuevas cada año .

La formación de estrellas, pues, forma parte de un gran ciclo cósmico de reciclaje de energía, materia y metales. En cierto modo, es el auténtico motor del Universo, ya que sin la destrucción y creación de estrellas nunca se habrían formado los materiales fundamentales necesarios para la vida .

Por eso, comprender mejor la formación de estrellas es algo que tiene, también, ramificaciones en otras áreas muy diferentes de la Astronomía, como el estudio del polvo cósmico, la evolución de las galaxias o la materia oscura . El análisis de Ajello y su equipo proporcionará a futuros investigadores una guía con la que explorar los primeros días de la evolución estelar y permitirá a los científicos buscar los momentos en que se formaron las primeras galaxias.

«Los primeros mil millones de años de la historia de nuestro Universo -concluye Ajello- son una época muy interesante que aún no ha sido explorada por los satélites actuales. Pero nuestros datos nos permiten echar un buen vistazo a ese periodo. Tal vez algún día encontremos una forma de estudiar, al completo, todo el camino de regreso al Big Bang. Ese es nuestro objetivo final».