Los científicos han viajado hasta los bordes del sistema solar, al menos virtualmente, para capturar las mediciones más precisas hasta la fecha del tenue resplandor que permea el universo, un fenómeno conocido como el fondo óptico cósmico.

El estudio, publicado en The Astrophysical Journal, se basa en observaciones de la nave espacial New Horizons de la NASA, que pasó velozmente por Plutón en 2015 y ahora está a casi 8.900 millones de kilómetros de la Tierra. La investigación busca responder a una pregunta engañosamente simple, dijo el coautor Michael Shull, un astrofísico de la Universidad de Colorado Boulder: ¿Está realmente oscuro el cielo?

El espacio puede parecer negro a los ojos humanos, pero los científicos creen que no está completamente oscuro. Desde el amanecer del cosmos, se han formado y extinguido billones de galaxias que contienen innumerables estrellas, dejando tras de sí una luz imperceptiblemente tenue. Piénsalo como una luz nocturna en el espacio.

Shull y el equipo, liderado por Marc Postman en el Space Telescope Science Institute en Baltimore, calcularon cuán brillante es ese resplandor. Sus hallazgos sugieren que el fondo óptico cósmico es aproximadamente 100 mil millones de veces más tenue que la luz solar que llega a la superficie de la Tierra, demasiado tenue para que los humanos la vean a simple vista.

Mapa que muestra las regiones del espacio, marcadas con círculos y triángulos, en las que New Horizons midió el fondo óptico cósmico. El equipo apuntó el instrumento LORRI de la nave espacial por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea, a lo largo del ecuador del mapa, para evitar la luz de la galaxia
Mapa que muestra las regiones del espacio, marcadas con círculos y triángulos, en las que New Horizons midió el fondo óptico cósmico. El equipo apuntó el instrumento LORRI de la nave espacial por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea, a lo largo del ecuador del mapa, para evitar la luz de la galaxia. Crédito: Postman et al., 2024 / The Astrophysical Journal

Los resultados podrían ayudar a los científicos a arrojar luz sobre la historia del universo desde el Big Bang. Somos como contadores cósmicos, sumando todas las fuentes de luz que podemos contabilizar en el universo, dijo Shull.

Hacia la oscuridad

Es un tipo de análisis numérico que ha capturado la imaginación de los científicos durante casi 50 años, agregó.

Shull explicó que, después de décadas de investigación, los astrofísicos piensan que tienen una buena idea de cómo evolucionó el cosmos. Las primeras galaxias se formaron durante una época conocida como el Amanecer Cósmico, varios cientos de millones de años después del Big Bang. La luz de las estrellas de las galaxias en el universo distante alcanzó su punto más brillante hace unos 10 mil millones de años y ha ido disminuyendo desde entonces.

Mediciones precisas del fondo óptico cósmico podrían ayudar a los científicos a confirmar si esta imagen del cosmos tiene sentido o si existen objetos misteriosos, aún por descubrir, que emiten luz en el espacio.

Sin embargo, tomar ese tipo de mediciones no es fácil, especialmente desde la Tierra. El vecindario de la Tierra está lleno de diminutos granos de polvo y otros desechos. La luz solar se refleja en este desorden, anulando cualquier señal que pueda venir del fondo óptico cósmico.

Una metáfora que uso es que, si quieres ver las estrellas, necesitas salir de Denver, dijo Shull. Tienes que irte muy lejos, justo a la esquina noreste de Colorado, donde todo lo que tienes por delante son Dakota del Sur y Nebraska.

New Horizons ha brindado a los científicos una oportunidad única en la vida de hacer algo similar en el espacio.

Contabilidad cósmica

La misión tiene orígenes únicos en Colorado. Alan Stern, quien estudió como estudiante de posgrado en CU Boulder bajo la tutela de Shull y el exasociado de investigación principal Jack Brandt, lidera la misión New Horizons. Actualmente está basado en el Southwest Research Institute en Boulder, Colorado. La nave espacial también lleva el Student Dust Counter, un instrumento diseñado y construido por estudiantes del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de CU Boulder.

Durante varias semanas en el verano de 2023, los investigadores apuntaron el Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) de New Horizons a 25 parches del cielo.

Incluso en el borde del sistema solar, el equipo aún tenía mucha luz extra con la que lidiar. La Vía Láctea, por ejemplo, se encuentra dentro de un halo que, como nuestro sistema solar, acumula polvo. No puedes escapar del polvo, dijo Shull. Está en todas partes.

Representación gráfica de un esterorradián
Representación gráfica de un esterorradián. Crédito: Andy Anderson / Wikimedia Commons

Él y sus colegas estimaron cuánta luz podría generar ese halo y luego la restaron de lo que estaban viendo con LORRI. Después de eliminar fuentes adicionales de luz, el equipo se quedó con el fondo óptico cósmico. En términos científicos, ese fondo equivale a unos 11 nanovatios por metro cuadrado por estereorradián. (Un estereorradián es un parche del cielo con un ancho de unas 130 veces el diámetro de la luna).

Shull dijo que este valor coincide bien con cuántas galaxias los científicos creen que deberían haberse formado desde el Big Bang. En otras palabras, no parece haber objetos extraños, como tipos exóticos de partículas, en el espacio produciendo mucha luz. Pero los investigadores no pueden descartar tales anomalías por completo.

Es probable que las mediciones del equipo sean las mejores estimaciones del resplandor del universo durante mucho tiempo. New Horizons está utilizando sus suministros de combustible restantes para perseguir otras prioridades científicas, y actualmente no hay otras misiones que se dirijan a esos rincones fríos y oscuros del espacio.

Si colocan una cámara en una misión futura, y todos esperamos un par de décadas para que llegue allí, podríamos ver una medición más exacta, dijo Shull.

FUENTES

University of Colorado at Boulder

Marc Postman, Tod R. Lauer, et al., New Synoptic Observations of the Cosmic Optical Background with New Horizons. ApJ 972 95. DOI 10.3847/1538-4357/ad5ffc

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