La detección del horizonte de rayos gamma mide toda la luz en el universo desde el Big Bang

Esta figura ilustra cómo los rayos gamma de energía (líneas discontinuas) de un lejano blazar  parten los fotones    de luz de fondo extragaláctica (líneas onduladas) y producen pares de electrones y positrones.

de University of California

¿Cuánta luz ha sido emitida por todas las galaxias desde que empezó el cosmos? Después de todo, cada fotón (partícula de luz) desde el ultravioleta a longitudes de onda del infrarrojo lejano, radiada alguna vez por todas las galaxias que han existido a través de la historia cósmica, todavía se encuentra viajando por el Universo hoy en día. Si pudiéramos medir el número y energía (longitud de onda) de todos esos fotones - no sólo en el momento presente sino también atrás en el tiempo - podríamos conocer secretos importantes sobre la naturaleza y evolución del Universo, incluyendo lo parecidas o diferentes que eran las galaxias antiguas comparadas con las galaxias que vemos hoy en día.



El baño de fotones antiguos y nuevos permeando el Universo hoy es llamada la luz de fondo extragaláctica (EBL, de su nombre en inglés). Una medida precisa de la ELB es tan fundamental en cosmología como medir el calor de la radiación que dejó el Big Bang (el fondo cósmico de microondas) en longitudes de radio. Un nuevo artículo, titulado "Detección del horizonte de rayos gamma a partir de observaciones en múltiples longitudes de onda de blazars", por Alberto Domínguez y seis coautores, basado en observaciones que abarcan longitudes de onda desde radio a rayos gamma muy energéticos, obtenidas con varias naves espaciales de NASA y varios telescopios en tierra - describe la mejor medida hasta ahora de la evolución de la ELB en los últimos 5 mil millones de años.

Medir directamente la ELB recolectado sus fotones con un telescopio, sin embargo, supone enormes retos técnicos - es más difícil que intentar ver la débil banda de la Vía Láctea cruzando el cielo por la noche desde el centro de Manhattan. La Tierra está dentro de un sistema solar muy brillante: la luz solar dispersada por todo el polvo en el plano de la órbita de la Tierra crea la luz zodiacal radiando por el espectro óptico hasta el infrarrojo, de longitudes de onda largas. Por tanto, los telescopios en el espacio y en la tierra no han tenido éxito en la medida directa de la ELB.

Así, los astrofísicos han ideado una solución ingeniosa: medir la ELB indirectamente a través de la medida de la atenuación, esto es, la absorción de rayos gamma de muy alta energía procedentes de lejanos blazars. Los blazars son agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias con brillantes chorros de material apuntándonos directamente como una linterna. Sin embargo, no todos los rayos gamma de alta energía emitidos por un blazar consiguen viajar todos los miles de millones de años-luz que les separan de la Tierra; algunos chocan con un desventurado fotón EBL a lo largo del camino. Cuando un fotón de rayos gamma de alta energía de un blazar golpea un fotón ELB, de mucha menos energía, ambos se aniquilan y producen dos partículas diferentes: un electrón y su antipartícula, un positrón, que vuela al espacio y del que nunca más se sabe. Diferentes energías de los rayos gamma de mayor energía son interceptadas por diferentes energías de fotones ELB. Por tanto, midiendo cuánto son atenuados o debilitados los rayos gamma de diferentes energías, procedentes de blazars a diferentes distancias de la Tierra, indirectamente proporciona una medida de cuántos fotones EBL de diferentes longitudes de onda existen a lo largo de la línea visual del blazar a la Tierra a lo largo de esas diferentes distancias. http://observatori.uv.es