28 Jun Hubble muestra el final de la «Era de la Reionización» del Universo

Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble han encontrado algo inesperado: luz ultravioleta procedente de una galaxia que existió tan solo 1.400 millones de años después del Big Bang.

Esta galaxia, catalogada como MXDFz4.4, contiene un grupo compacto de estrellas jóvenes que producen luz ionizante capaz de transformar el gas neutro y opaco situado dentro y alrededor de la galaxia, despejando nuestra visión.

Esto sugiere que galaxias similares del Universo temprano fueron responsables de eliminar la niebla de hidrógeno neutro que una vez llenó el cosmos durante la «Era de la Reionización».

El descubrimiento proporciona nuevas pistas sobre cómo las primeras galaxias contribuyeron al final de la «Era de la Reionización», un periodo durante el cual el Universo pasó de estar dominado por gas neutro opaco a convertirse en un cosmos transparente a la radiación ultravioleta.

La galaxia MXDFz4.4

La galaxia MXDFz4.4 existió al final de la Era de la Reionización, una etapa de transformación fundamental en la historia del Universo.

Durante aproximadamente los primeros mil millones de años del cosmos, el gas entre estrellas y galaxias era opaco a la luz ultravioleta energética. Con el paso del tiempo, este gas comenzó a ionizarse y el Universo se volvió transparente.

Esta transición no ocurrió como un interruptor de encendido y apagado, sino que probablemente requirió cientos de millones de años.

Los investigadores aún recopilan evidencias para comprender completamente cómo sucedió este proceso durante la Era de la Reionización, lo que convierte a MXDFz4.4 en un caso de referencia fundamental.

“Se pensaba que observar una galaxia como esta era imposible”, dice el autor principal Ilias Goovaerts, investigador posdoctoral del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore. “Se esperaba que la niebla de hidrógeno neutro del Universo temprano fuera demasiado densa para permitirnos ver su luz ionizante. Sin embargo, Hubble no solo la detectó, sino que reveló detalles extraordinarios de esta galaxia”.

La gran fuga de luz

Las estrellas jóvenes y masivas emiten luz ultravioleta capaz de ionizar el hidrógeno. Durante su viaje de más de 12.000 millones de años hasta el Hubble, la expansión del Universo estiró la luz hasta el espectro visible mediante el corrimiento al rojo.

La sensibilidad del Hubble, junto con su cobertura de longitudes de onda y su posición en el espacio, lo convierten en el único telescopio capaz de detectar esta radiación procedente del Universo temprano.

“Los astrónomos han encontrado muchas galaxias de esta época, pero no hemos detectado fotones ionizantes en ninguna de ellas, lo que hace de MXDFz4.4 un caso único”, señala Marc Rafelski, coautor del estudio y responsable adjunto de la misión Hubble en STScI.

Las exposiciones ultraprofundas del Hubble, combinadas de varios estudios previos, revelaron que las estrellas jóvenes y masivas son la fuente de la radiación ultravioleta que limpió el entorno de la galaxia durante la Era de la Reionización.

Estas estrellas se formaron en brotes recientes dentro de los últimos millones de años de la galaxia y están extremadamente concentradas.

MXDFz4.4 es unas 100 veces más pequeña que la Vía Láctea, pero forma estrellas a un ritmo 10 veces superior.

“Una gran cantidad de estrellas jóvenes, calientes y masivas en un espacio reducido es mucho más eficaz para atravesar gas opaco”, explica Goovaerts. Se estima que entre el 50 % y el 100 % de la luz ionizante producida logra escapar del entorno galáctico.

La corta vida de las estrellas masivas también contribuye: muchas explotan como supernovas, liberando energía que abre cavidades en el gas, facilitando aún más la fuga de radiación.

Colaboración con otros observatorios

El Hubble no trabajó solo. Estos resultados están respaldados por datos del Telescopio Espacial James Webb en infrarrojo cercano y por el instrumento MUSE del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en luz visible.

Webb permitió determinar la masa de la galaxia, analizar sus poblaciones estelares más antiguas y reconstruir su historia de formación estelar. Estas estrellas antiguas son más frías y no contribuyen a la ionización del entorno.

La comparación entre Hubble y Webb mostró que la formación estelar reciente ocurrió en episodios intensos. Los datos del VLT permitieron fijar la edad de la galaxia en 1.400 millones de años tras el Big Bang.

Antes de este hallazgo, solo se habían identificado unas pocas galaxias con emisión ionizante en épocas algo posteriores, cuando el Universo tenía entre 1.600 y 2.000 millones de años. MXDFz4.4 permite acercarse más que nunca al estudio directo de la Era de la Reionización.

“Estos resultados han sido posibles solo gracias a la combinación de Hubble, Webb y el VLT”, explica Alexander Beckett, coautor del estudio. “Incluso con herramientas avanzadas de análisis desarrolladas específicamente para estos datos, pudimos medir propiedades excepcionales de esta galaxia”.

Ampliando el conocimiento

El estudio de la Era de la Reionización es un objetivo científico de décadas. Debido a la distancia extrema de las galaxias primigenias, los astrónomos utilizan poblaciones estelares de galaxias cercanas como referencia para inferir lo que ocurrió en el Universo temprano.

En 2023, observaciones con el Webb demostraron que las galaxias ya podían ionizar su entorno 900 millones de años después del Big Bang. Sin embargo, aún se necesitan objetos como MXDFz4.4 para comprender cómo la radiación ionizante logró escapar del gas y polvo dentro de las propias galaxias durante la Era de la Reionización.

Es posible que existan muchas más galaxias similares aún por descubrir.

“Las observaciones del Hubble sobre MXDFz4.4 nos permiten poner a prueba nuestras hipótesis mucho más cerca de la Era de la Reionización que nunca antes”, concluye Rafelski. “Encontrar más galaxias en épocas ligeramente posteriores nos permitirá afinar estos modelos y entender cómo el Universo pasó de opaco a transparente”.

Fuente: Hubble details early galaxy transforming neighbourhood