¿Cómo es que podemos detectar la radiación CMB pero no las primeras estrellas y galaxias a pesar de que el CMB se originó antes de que nacieran las primeras estrellas?

La respuesta corta es que hay muchísimos más fotones CMB que los que hay en las primeras estrellas. Cuando se emitió el CMB, todo el Universo era como la atmósfera exterior de una estrella enana roja con una temperatura de alrededor de 3000 K. El CMB todavía domina por completo la radiación electromagnética en el Universo.

Así que imagina todo el cielo nocturno radiando con la misma intensidad que una estrella fría (pero, afortunadamente, desplazada hacia el rojo en microondas muy frías). En comparación, la fracción del cielo cubierta por las primeras estrellas, las llamadas Pop. III, es extremadamente pequeño y, lo que es peor, son solo una fracción muy pequeña de los fotones que vemos en ese rango de longitud de onda, por lo que es difícil encontrarlos e identificarlos.

EDITAR: Además, posiblemente deberíamos aclarar algo en la publicación original: aún no hemos observado ninguna de las primeras estrellas (como han mencionado otros, hay candidatos, pero aún no hay detecciones realmente convincentes). Eso no significa que no sean observables, eso significaría que eran teóricamente imposibles de observar. No tenemos ninguna razón para creer que no es posible observarlos, solo que aún no hemos descubierto cómo, aunque probablemente estemos bastante cerca.

La idea clave del CMB es que es constante en todo nuestro universo. Esencialmente, porque el Big Bang ocurrió en todas partes y, por lo tanto, el CMB se ve desde todos los puntos del universo.

Detectamos el CMB hoy en partes del universo que estaban a unos 13.800 millones de años luz de distancia de donde estaban en el momento de la recombinación (el momento en que la luz libre y visible llegó a existir). Entonces, el CMB es en realidad radiación infrarroja de cuerpo negro emitida cuando el universo tenía alrededor de ~3000K. Debido al desplazamiento hacia el rojo de la expansión universal, esta radiación ahora se observa como radiación de microondas.

Comparando esta radiación de microondas, constante en todas las direcciones, con ver las primeras estrellas y galaxias, que se supone que aún existen, la luz de ellas es difícil de capturar. Pero hay documentos que sugieren que hemos encontrado al menos algunas estrellas y galaxias del universo muy primitivo. Dejaré este artículo como ejemplo. https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0703414v1.pdf