Los astrónomos que utilizan el telescopio Mayall en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un programa del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF, han identificado varias burbujas superpuestas de gas hidrógeno ionizado por las estrellas en las primeras galaxias, apenas 680 millones de años después del Big Bang. Esta es la evidencia directa más temprana del período en que se formó la primera generación de estrellas y comenzó a reionizar el gas hidrógeno que impregnaba el universo.

Hubo un período en el universo muy temprano, conocido como las "edades oscuras cósmicas", cuando las partículas elementales, formado en el Big Bang, se había combinado para formar hidrógeno neutro, pero aún no existían estrellas o galaxias que iluminaran el universo. Este período comenzó menos de medio millón de años después del Big Bang y terminó con la formación de las primeras estrellas. Si bien esta etapa en la evolución de nuestro universo está indicada por simulaciones por computadora, la evidencia directa es escasa.

Ahora, astrónomos que utilizan el generador de imágenes infrarrojo NEWFIRM en el Telescopio Mayall de 4 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF (Laboratorio OIR), han informado de imágenes de un grupo de galaxias, conocido como EGS77, que contiene estas primeras estrellas. EGS, o el extendido Groth Strip, es una región fotografiada por HST en 2005; corresponde a una estrecha franja del cielo del ancho de un dedo sostenido con los brazos extendidos. Hay al menos 50, 000 galaxias conocidas dentro de la franja. Sus resultados fueron anunciados en una conferencia de prensa celebrada hoy en la 235a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Honolulu. Hawai.

"El joven universo estaba lleno de átomos de hidrógeno, que atenúan tanto la luz ultravioleta que bloquean nuestra vista de las primeras galaxias, "dijo James Rhoads en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien presentó los hallazgos en la conferencia de prensa de la AAS. "EGS77 es el primer grupo de galaxias atrapado en el acto de despejar esta niebla cósmica".

El equipo comenzó con un estudio de imágenes diseñado para detectar galaxias con alto corrimiento al rojo y combinó estos datos con las imágenes correspondientes tomadas por el Telescopio Espacial Hubble. Esto permitió al equipo calcular lo que se conoce como corrimiento al rojo fotométrico, un proxy para estimar la distancia. En estos corrimientos al rojo, la luz de una galaxia se desplaza completamente fuera del rango de longitudes de onda a las que el ojo humano es sensible (el espectro visible) a longitudes de onda más largas (infrarrojas). Los criterios para seleccionar candidatos a galaxias distantes incluyeron una clara detección de ellos en los filtros especiales infrarrojos de banda estrecha utilizados con NEWFIRM en el telescopio Mayall de 4 metros y una no detección completa en las bandas de filtro óptico de longitud de onda más corta utilizadas por Hubble. "El descubrimiento de las dos galaxias más débiles del grupo solo fue posible gracias al filtro especial de banda estrecha utilizado con NEWFIRM, "dijo el líder del equipo Vithal Tilvi, investigador de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe.

"La luz intensa de las galaxias puede ionizar el gas hidrógeno circundante, formando burbujas que permiten que la luz de las estrellas viaje libremente, ", dijo Tilvi." EGS77 ha formado una gran burbuja que permite que su luz viaje a la Tierra sin mucha atenuación. Finalmente, burbujas como estas crecieron alrededor de todas las galaxias y llenaron el espacio intergaláctico, despejando el camino para que la luz viaje a través del universo ".

EGS77 fue descubierto como parte de la encuesta Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), para lo cual Rhoads se desempeña como investigador principal. El equipo tomó imágenes de un área pequeña en la constelación de Boötes utilizando un filtro personalizado en el generador de imágenes infrarrojas de campo extremadamente amplio del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NEWFIRM). Ron Probst, un miembro del equipo DAWN que también ayudó a desarrollar NEWFIRM, agrega, "Estos resultados muestran el valor de mantener instrumentos en nuestros observatorios nacionales que sean poderosos y puedan adaptarse de manera flexible para abordar nuevas preguntas científicas, preguntas que pueden no haber estado en mente cuando se construyó originalmente un instrumento ".

Una vez identificado, las distancias y por lo tanto las edades de estas galaxias se confirmaron con espectros tomados con el espectrógrafo MOSFIRE en el telescopio Keck I en el Observatorio W. M. Keck en Maunakea en Hawai'i. Las tres galaxias muestran fuertes líneas de emisión de hidrógeno Lyman alfa en un corrimiento al rojo (z =7.7), lo que significa que los estamos viendo unos 680 millones de años después del Big Bang. El tamaño de la burbuja ionizada alrededor de cada uno se obtuvo a partir de modelos informáticos. Estas burbujas se superponen espacialmente, pero son lo suficientemente grandes (alrededor de 2,2 millones de años luz) como para que los fotones alfa de Lyman se desplacen al rojo antes de alcanzar el límite de la burbuja y, por lo tanto, puedan escapar ilesos. permitiendo a los astrónomos detectarlos.

"Esperábamos que las burbujas de reionización de esta era en la historia cósmica fueran raras y difíciles de encontrar, "dijo Sangeeta Malhotra, colaborador de NASA GSFC, "por lo que la confirmación de esta transición es importante". Este "amanecer cósmico, "el estado intermedio entre un universo neutro y uno ionizado, es algo que se ha predicho. Tales descubrimientos son posibles gracias a la disponibilidad de poderosos instrumentos astronómicos que pueden sondear el universo de una manera inimaginada por generaciones pasadas de astrónomos.

Esta investigación se presentará en un próximo artículo y actualmente está cerca de ser aceptada.