13 Jun Las galaxias reionizaron el Universo primitivo

Al analizar nuevas observaciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, un equipo dirigido por Simon Lilly de ETH Zürich, Suiza, ha encontrado evidencia de que las galaxias que existieron 900 millones de años después del Big Bang reionizaron el gas a su alrededor, haciendo que se volviera transparente.

En el Universo primitivo, entre las estrellas y las galaxias había hidrógeno neutro, que es un gas opaco a la luz. Las longitudes de onda energéticas de la luz no podían penetrarlo. Pero mil millones de años después del Big Bang, el gas se había vuelto completamente transparente. ¿Por qué?

Nuevos datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han identificado la razón: las estrellas de las galaxias reionizaron el Universo primitivo al emitir suficiente luz como para calentar e ionizar el gas a su alrededor, despejando nuestra visión colectiva del Universo durante cientos de millones de años.

El equipo de investigación dirigido por Simon Lilly ha mostrado los resultados más recientes sobre un período de tiempo conocido como la «Era de la Reionización», cuando el Universo experimentó cambios espectaculares.

El equipo también ha usado el telescopio James Webb para medir con precisión el gas alrededor de las galaxias, identificando que las «burbujas» de gas ionizado tienen un radio de 2 millones de años luz alrededor de las pequeñas galaxias. Durante los siguientes cien millones de años, las burbujas se hicieron cada vez más grandes, hasta fusionarse y hacer que todo el Universo se volviera transparente.

En la «Era de la Reionización»

Después del Big Bang, el gas del Universo era increíblemente caliente y denso. Durante cientos de millones de años, el gas se enfrió transformándose en hidrógeno neutro y opaco a la luz.

Luego, el Universo pulsó el botón «repetir» y el gas volvió a calentarse e ionizarse, probablemente debido a la formación de las primeras estrellas en las galaxias, y durante millones de años se volvió transparente.

Los investigadores han buscado durante mucho tiempo pruebas definitivas para explicar estas transformaciones. Los nuevos resultados abren efectivamente el telón al final de este período de reionización.

«Webb no solo muestra claramente que estas regiones transparentes se encuentran alrededor de las galaxias, sino que también hemos medido su tamaño», explicó Daichi Kashino de la Universidad de Nagoya en Japón, el autor principal del primer artículo del equipo.

«Con los datos de Webb, estamos viendo que las galaxias reionizan el gas que las rodea«.

Gigantescas burbujas de gas transparente

Estas regiones de gas transparente son gigantescas en comparación con el tamaño de las galaxias: imagina un globo aerostático con un guisante suspendido dentro. Los datos de Webb muestran que estas galaxias relativamente pequeñas impulsaron la reionización, limpiando regiones masivas de espacio a su alrededor.

Durante los siguientes cien millones de años, estas «burbujas» transparentes continuaron creciendo más y más, fusionándose eventualmente y haciendo que todo el Universo se volviera transparente.

El equipo de Lilly apuntó intencionalmente a un momento justo antes del final de la Era de la reionización, cuando el Universo no era del todo transparente ni del todo opaco: contenía un mosaico de gas en varios estados.

Una enorme linterna llamada Quasar

Los científicos apuntaron el telescopio James Webb en la dirección de un quásar, un agujero negro supermasivo activo extremadamente luminoso que actúa como una enorme linterna, iluminando el gas existente entre el quásar y el telescopio.

Este quásar es el que aparece justo en el centro de la imagen superior: es pequeño y rosáceo, con seis picos de difracción prominentes.

A medida que la luz del quásar viajó hacia nosotros a través de los diferentes retazos de gas, fue o bien absorbida por el gas opaco o se movió libremente a través del gas transparente.

Los resultados innovadores del equipo solo fueron posibles al combinar los datos del Webb con las observaciones del quásar central desde el Observatorio W. M. Keck en Hawái, además del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y el Telescopio Magallanes del Observatorio Las Campanas, ambos en Chile.

“Al iluminar el gas a lo largo de nuestra línea de visión, el quásar nos brinda amplia información sobre la composición y el estado del gas”, explicó Anna-Christina Eilers del MIT en Cambridge, Massachusetts, autora principal de otro artículo del equipo.

La evidencia definitiva

Luego, los investigadores utilizaron el telescopio James Webb para identificar galaxias cerca de esta línea de visión y demostraron que las galaxias generalmente están rodeadas por regiones transparentes de aproximadamente 2 millones de años luz de radio.

En otras palabras, Webb fue testigo de cómo las galaxias despejaron el espacio a su alrededor al final de la «Era de la Reionización».

Para poner esto en perspectiva, el área que estas galaxias han despejado es aproximadamente la misma que la del espacio que separa nuestra galaxia, la Vía Láctea, de la galaxia vecina más cercana, Andrómeda.

Hasta ahora, los investigadores no tenían esta evidencia definitiva de qué es lo que causó la reionización; antes del Webb, no estaban seguros de cuál era el responsable.

Galaxias caóticas en el Universo primitivo

¿Cómo son estas galaxias? «Son más caóticas que las del Universo cercano», explicó Jorryt Matthee, también de ETH Zürich y autor principal del segundo artículo del equipo. “Webb muestra que estaban formando estrellas activamente y que deben haber activado la formación de muchas supernovas. ¡Tuvieron una juventud bastante aventurera!”

Adicionalmente, Eilers utilizó los datos del Webb para confirmar que el agujero negro del quásar en el centro del campo de visión es el más masivo conocido actualmente en el Universo primitivo, con una masa de 10 mil millones de veces la del Sol.

«Todavía no podemos explicar cómo los quásares pudieron crecer tanto en una etapa tan temprana de la historia del Universo», compartió. «¡Ese es otro rompecabezas para resolver!» Las exquisitas imágenes de Webb tampoco revelaron ninguna evidencia de que la luz del quásar haya sido magnificada por una lente gravitacional, lo que garantiza que las mediciones de la masa sean definitivas.

El equipo pronto se sumergirá en la investigación sobre galaxias en cinco campos de visión adicionales, cada uno anclado por un quásar central. Los resultados de Webb del primer campo fueron tan abrumadoramente claros que no podían esperar para compartirlos.

Una espectacular máquina espectroscópica

“Esperábamos identificar unas pocas docenas de galaxias que existieron durante la Era de la Reionización, pero pudimos identificar fácilmente 117”, explicó Kashino. “Webb ha superado nuestras expectativas”.

El equipo de investigación de Simon Lilly, EIGER (Emission-line galaxys and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization, ha demostrado el poder único de combinar imágenes convencionales de la NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) del Webb con los datos obtenidos del modo de «espectroscopia sin ranuras de gran campo» del mismo instrumento, que ofrece el espectro de cada objeto en las imágenes, convirtiendo al Webb en lo que el equipo llama una «espectacular máquina espectroscópica de corrimiento al rojo».

Source: NASA’s Webb Proves Galaxies Transformed the Early Universe