Finalmente sabemos qué encendió las luces en los albores de los tiempos: ScienceAlert

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 el amanecer cósmico fueron pequeñas galaxias enanas que se iluminaron, aclarando la bruma de turbio hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico. nuevo documento sobre la investigación se publicó en febrero.

«Este descubrimiento revela el papel crucial desempeñado por las galaxias ultra débiles en la evolución del Universo temprano». dijo la astrofísica Iryna Chemerynska del Instituto de Astrofísica de París.

«Producen fotones ionizantes que transforman 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, unos minutos después del Big Bang, el espacio se llenó de una densa y caliente niebla de plasma ionizado. La poca luz que había no habría penetrado esta niebla; los fotones simplemente se habrían dispersado de los 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 algo de helio). La mayoría de las longitudes de onda de la luz podían atravesar este medio neutro, pero había muy pocas fuentes de luz para producirla. Pero de este hidrógeno y helio nacieron las primeras estrellas.

Esas primeras estrellas emitieron radiación lo suficientemente fuerte como para soltar electrones de sus núcleos y reionizar el gas. Sin embargo, en ese momento el Universo se había expandido tanto que el gas se difundía y 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. ¡Ta-da! Las luces estaban encendidas.

Pero debido a que hay tanta oscuridad en el amanecer cósmico, y debido a que es tan oscuro y distante en el tiempo y el espacio, hemos tenido dificultades para ver lo que hay allí. Los científicos pensaban que las fuentes responsables de la mayor parte de la limpieza debían ser poderosas: enormes agujeros negros cuya acreción produce luz deslumbrante, por ejemplo, y grandes galaxias en plena formación estelar (las estrellas recién nacidas producen mucha luz ultravioleta).

JWST fue diseñado, en parte, para observar el amanecer cósmico y tratar de ver qué hay allí. Tuvo mucho éxito y reveló todo tipo de sorpresas sobre este momento crucial en la formación de nuestro Universo. Sorprendentemente, las observaciones telescópicas sugieren ahora que las galaxias enanas son el actor clave en la reionización.

Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atek del Instituto de Astrofísica de París recurrió a los datos del JWST sobre un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744, respaldados por datos del Hubble. Abell 2744 es tan denso que el espacio-tiempo se deforma a su alrededor, formando una lente cósmica; cualquier luz distante que viaje hacia nosotros a través de ese espacio-tiempo se magnifica. Esto permitió a los investigadores ver pequeñas galaxias enanas cerca del amanecer cósmico.

Luego, utilizaron JWST 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 1, y su producción colectiva es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias más grandes.

«Estas potencias cósmicas en conjunto producen energía más que suficiente para realizar el trabajo». Atek dijo«A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa son prolíficas productoras de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan sustancial que su influencia colectiva puede transformar todo el estado del Universo».

Es la mejor evidencia hasta ahora de la fuerza detrás de la reionización, pero aún queda mucho trabajo por hacer. Los investigadores observaron una pequeña porción del cielo; deben asegurarse de que su muestra no sea sólo un cúmulo anómalo de galaxias enanas, sino una muestra representativa de toda la población en el amanecer cósmico.

Planean estudiar más regiones del cielo con lentes cósmicas para obtener una muestra más grande de poblaciones galácticas primordiales. Pero sólo con esta muestra, los resultados son increíblemente interesantes. Los científicos han estado buscando respuestas sobre la reionización desde que la conocemos. Estamos a punto de despejar finalmente la niebla.

«Hemos entrado en territorio inexplorado con el JWST», dijo el astrofísico Themiya Nanayakkara de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia.

«Este trabajo plantea otras preguntas interesantes que debemos responder en nuestro intento de rastrear la historia evolutiva de nuestros orígenes».

La investigación fue publicada en Naturaleza.

Una versión de este artículo se publicó originalmente en marzo de 2024.