Finalmente sabemos qué trajo la luz al vacío oscuro y informe del universo primitivo.
Según datos de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, los orígenes de los fotones que volaban libremente en los albores del universo primitivo fueron pequeñas galaxias enanas en las que se encendió la vida, despejando la turbia niebla de hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico. Nuevo papel La investigación se publicó en febrero.
“Este descubrimiento revela el papel crucial que desempeñaron las galaxias ultra débiles en la evolución del universo primitivo”. La astrofísica Irina Chemerinska dijo Del Instituto de Astrofísica de París.
“Producen fotones ionizantes que convierten el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Esto resalta la importancia de comprender las galaxias de baja masa para dar forma a la historia del universo”.
Al comienzo del universo, minutos después del Big Bang, el espacio se llenó de una espesa niebla de plasma ionizado. La poca luz que había podía atravesar esta niebla; Más bien, los fotones simplemente habrían sido dispersados por electrones libres que flotaban alrededor, oscureciendo efectivamente el universo.
A medida que el universo se enfrió, después de unos 300.000 años, los protones y los electrones comenzaron a unirse para formar gas hidrógeno neutro (y un poco de helio). La mayoría de las longitudes de onda de la luz podían penetrar este medio neutro, pero había pocas fuentes de luz para producirlo. Pero de este hidrógeno y helio nacieron las primeras estrellas.
Estas primeras estrellas emitieron radiación lo suficientemente potente como para arrancar electrones de sus núcleos y reionizar el gas. Pero en ese momento, el universo se había expandido tanto que el gas se había esparcido y ya no podía impedir que la luz brillara. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el final del período conocido como amanecer cósmico, el universo quedó completamente reionizado. ¡Tada! Se encendieron las luces.
Pero debido a que hay tanta confusión en el amanecer cósmico, y debido a que es tan débil y distante en el tiempo y el espacio, hemos tenido problemas para ver lo que hay ahí fuera. Los científicos pensaron que las fuentes responsables de la mayor parte de esta neblina debían ser poderosas: agujeros negros masivos cuya acreción produce luz brillante, por ejemplo, y galaxias masivas en medio de la formación estelar (las estrellas jóvenes producen mucha radiación ultravioleta).
El Telescopio James Webb fue diseñado en parte para observar los albores del universo y tratar de descubrir qué se esconde allí. Fue un gran éxito y reveló todo tipo de sorpresas sobre este momento crucial en la configuración de nuestro universo. Sorprendentemente, las observaciones telescópicas indican ahora que las galaxias enanas son las principales protagonistas de la reionización.
Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atiq del Instituto de Astrofísica de París recurrió a los datos del Telescopio James Webb sobre un grupo de galaxias llamado Abell 2744, respaldados por datos del Hubble. Abell 2744 es tan denso que el espacio-tiempo se curva a su alrededor formando una lente cósmica. Cualquier luz distante que viaje hacia nosotros a través de este espacio-tiempo se magnifica. Esto ha permitido a los investigadores ver pequeñas galaxias enanas cerca del amanecer cósmico.
Luego utilizaron el telescopio James Webb para obtener espectros detallados de estas pequeñas galaxias. Su análisis reveló que estas galaxias enanas no sólo son el tipo de galaxia más abundante en el universo temprano, sino que también son mucho más brillantes de lo esperado. De hecho, la investigación del equipo muestra que las galaxias enanas superan en número a las galaxias grandes en una proporción de 100 a uno, y que su producción total es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias más grandes.
“Combinadas, estas fuerzas cósmicas emiten energía más que suficiente para cumplir la misión”. Atik dijo“A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa producen enormes cantidades de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan grande que su impacto colectivo podría transformar todo el estado del universo”.
Es la mejor evidencia hasta el momento del poder detrás de la reionización, pero aún queda trabajo por hacer. Los investigadores observaron una pequeña porción de cielo; Deben estar seguros de que la muestra que elijan no sea sólo una colección anómala de galaxias enanas, sino una que represente a toda la población en los albores del universo.
Los científicos pretenden estudiar más regiones de lentes cósmicas en el cielo para obtener una muestra más amplia de los primeros cúmulos de galaxias. Pero los resultados son muy interesantes sólo para esta muestra. Los científicos han estado buscando respuestas a la reionización desde que la conocemos. Y estamos a punto de levantar finalmente la niebla.
“Ahora hemos entrado en un territorio desconocido con JWST”. dijo el astrofísico Thimya Nanayakkara De la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia.
“Este trabajo abre preguntas más interesantes que debemos responder en nuestros esfuerzos por trazar la historia evolutiva de nuestros comienzos”.
La investigación fue publicada en naturaleza.
La versión original de este artículo se publicó en marzo de 2024.
