CHIME detecta con sus propios datos el débil brillo de hidrógeno del universo lejano

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, pero gran parte de ese gas está demasiado disperso y lejano como para verse como una galaxia individual. Un equipo de la colaboración CHIME logró aislar su tenue emisión de radio en datos recogidos por el propio radiotelescopio. La señal procede de una época en la que el universo tenía alrededor de cinco mil millones de años y ofrece una forma de reconstruir cómo se distribuía la materia a grandes escalas.

CHIME, instalado cerca de Penticton, en Canadá, observa el cielo del norte mediante ondas de radio. El hidrógeno neutro emite una señal característica, conocida como línea de 21 centímetros. A medida que el universo se expande, esa señal llega a la Tierra desplazada hacia frecuencias más bajas; medir ese desplazamiento permite ubicar el gas a distintas distancias y épocas cósmicas.

El desafío es que la emisión buscada queda enterrada bajo señales mucho más intensas: radioemisiones de nuestra galaxia, interferencias generadas por tecnología humana y efectos propios del instrumento. Para enfrentar ese problema, el equipo analizó 94 noches de observaciones obtenidas en 2019, detectó y descartó interferencias de radiofrecuencia y aplicó métodos para reducir los primeros planos. Después comparó estadísticamente distintas partes de sus propios datos, una estrategia llamada autocorrelación.

El análisis recuperó una señal compatible con la distribución agrupada del hidrógeno en el intervalo de distancias estudiado, correspondiente a un corrimiento al rojo entre 1,01 y 1,34. La colaboración informó una significación estadística de 12,4 sigmas y obtuvo el resultado también en dos franjas de frecuencia analizadas por separado. Esas comprobaciones no transforman por sí solas la observación en una medida definitiva de la expansión cósmica, pero sí refuerzan que la señal no es un artefacto evidente del procesamiento.

Hasta ahora, CHIME había combinado sus observaciones con catálogos de galaxias de otros telescopios para encontrar este tipo de huella. La nueva detección muestra que el instrumento puede extraer información directamente del brillo colectivo del gas, sin partir de un catálogo externo. En lugar de identificar una por una las galaxias, el método mide las variaciones de intensidad de la radiación de hidrógeno en regiones amplias del cielo.

Esa diferencia importa porque los mapas de intensidad pueden cubrir grandes volúmenes del universo y seguir materia que no está concentrada en galaxias fáciles de observar. Con más años de datos y un control continuo de los sesgos instrumentales, esos mapas podrían ayudar a estudiar cómo crecieron las estructuras cósmicas y a contrastar mediciones de la expansión. Por ahora, el resultado es una demostración de capacidad con una fracción de las observaciones disponibles: abre una herramienta de medición, no resuelve todavía qué impulsa la aceleración de la expansión del universo.