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    Astrónomos descubren un grupo de galaxias distantes que impulsa un antiguo cambio de imagen cósmico

    Esta composición de imágenes visibles e infrarrojas cercanas del telescopio espacial Hubble de archivo muestra una parte de la banda de Groth extendida, un área bien estudiada ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y Boötes. Las tres galaxias del grupo de galaxias EGS77, se muestra en los círculos verdes, se encuentran en un corrimiento al rojo de 7,7, lo que significa que estamos viendo las galaxias como eran cuando el universo tenía solo 680 millones de años. La imagen tiene 3,2 minutos de arco de ancho. Crédito:NASA, ESA y V. Tilvi (ASU)

    Un equipo internacional de astrónomos financiado en parte por la NASA ha encontrado el grupo de galaxias más lejano identificado hasta la fecha. Llamado EGS77, el trío de galaxias data de una época en la que el universo tenía solo 680 millones de años, o menos del 5% de su edad actual de 13,8 mil millones de años.

    Más significativamente, Las observaciones muestran que las galaxias participan en un cambio de imagen cósmico radical llamado reionización. La era comenzó cuando la luz de las primeras estrellas cambió la naturaleza del hidrógeno en todo el universo de una manera similar a un lago congelado que se derrite en la primavera. Esto transformó la oscuridad apagando la luz del cosmos temprano en el que vemos a nuestro alrededor hoy.

    "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 el 5 de enero en la 235ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Honolulu. "EGS77 es el primer grupo de galaxias atrapado en el acto de despejar esta niebla cósmica".

    Si bien se han observado galaxias individuales más distantes, EGS77 es el grupo de galaxias más lejano hasta la fecha que muestra las longitudes de onda específicas de la luz ultravioleta lejana reveladas por la reionización. Esta emisión, llamado Lyman alpha light, es prominente en todos los miembros de EGS77.

    Esta animación muestra el lugar de EGS77 en la historia cósmica, vuela a las galaxias, e ilustra cómo la luz ultravioleta de sus estrellas crea burbujas de hidrógeno ionizado a su alrededor. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

    En su fase más temprana, el universo era un plasma brillante de partículas, incluyendo electrones, protones, núcleos atómicos, y ligero. Los átomos aún no podrían existir. El universo estaba en un estado ionizado, similar al gas dentro de un letrero de neón iluminado o un tubo fluorescente.

    Después de que el universo se expandió y enfrió durante aproximadamente 380, 000 años, electrones y protones combinados en los primeros átomos, más del 90% de ellos hidrógeno. Cientos de millones de años después, este gas formó las primeras estrellas y galaxias. Pero la sola presencia de este abundante gas plantea desafíos para detectar galaxias en el universo temprano.

    Los átomos de hidrógeno absorben y reemiten rápidamente luz ultravioleta lejana conocida como emisión alfa de Lyman, que tiene una longitud de onda de 121,6 nanómetros. Cuando se formaron las primeras estrellas, parte de la luz que producían coincidía con esta longitud de onda. Debido a que la luz alfa de Lyman interactuó fácilmente con los átomos de hidrógeno, no podía viajar mucho antes de que el gas lo esparciera en direcciones aleatorias.

    "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 el miembro del equipo Vithal Tilvi, investigador de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe. "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, reionizando el universo y despejando el camino para que la luz viaje a través del cosmos ".

    Esta visualización muestra cómo la luz ultravioleta de las primeras estrellas y galaxias transformó gradualmente el universo. Átomos de hidrógeno, también llamado hidrógeno neutro, dispersa fácilmente la luz ultravioleta, impidiéndole viajar muy lejos de sus fuentes. Gradualmente, la intensa luz ultravioleta de las estrellas y galaxias separa los átomos de hidrógeno, creando burbujas en expansión de gas ionizado. A medida que estas burbujas crecían y se superponían, la niebla cósmica se disipó. Los astrónomos llaman a este proceso reionización. Aquí, las regiones ya ionizadas son azules y translúcidas, las áreas sometidas a ionización son rojas y blancas, y las regiones de gas neutro son oscuras y opacas. Crédito:M. Alvarez, R. Kaehler y T. Abel (2009)

    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), que estaba conectado al telescopio Mayall de 4 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak cerca de Tucson, Arizona.

    Debido a que el universo se está expandiendo, La luz alfa de Lyman de EGS77 se ha extendido durante sus viajes, por lo que los astrónomos lo detectan en longitudes de onda del infrarrojo cercano. No podemos ver estas galaxias en luz visible ahora porque esa luz comenzó en longitudes de onda más cortas que Lyman alfa y fue dispersada por la niebla de átomos de hidrógeno.

    Para ayudar a seleccionar candidatos distantes, los investigadores compararon sus imágenes con datos disponibles públicamente de la misma región tomados por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA. Las galaxias que aparecen brillantemente en imágenes del infrarrojo cercano se etiquetaron como posibilidades, mientras que los que aparecen en luz visible fueron rechazados por estar demasiado cerca.

    El equipo confirmó las distancias a las galaxias de EGS77 utilizando el espectrómetro de objetos múltiples para exploración infrarroja (MOSFIRE) en el telescopio Keck I en el Observatorio W. M. Keck en Maunakea. Hawai. Las tres galaxias muestran líneas de emisión alfa de Lyman en longitudes de onda ligeramente diferentes, reflejando distancias ligeramente diferentes. La separación entre galaxias adyacentes es de unos 2,3 millones de años luz, o un poco más cerca que la distancia entre la galaxia de Andrómeda y nuestra propia Vía Láctea.

    Recuadro:esta ilustración del grupo de galaxias EGS77 muestra las galaxias rodeadas por burbujas superpuestas de hidrógeno ionizado. Al transformar átomos de hidrógeno que apagan la luz en gas ionizado, Se cree que la luz ultravioleta de las estrellas formó tales burbujas en todo el universo temprano, gradualmente pasando de opaco a completamente transparente. Antecedentes:esta composición de imágenes visibles e infrarrojas cercanas del telescopio espacial Hubble de archivo incluye las tres galaxias de EGS77 (círculos verdes). Crédito:NASA, ESA y V. Tilvi (ASU)

    Un artículo que describe los hallazgos, dirigido por Tilvi, ha sido enviado a El diario astrofísico .

    "Si bien este es el primer grupo de galaxias identificado como responsable de la reionización cósmica, las futuras misiones de la NASA nos dirán mucho más, ", dijo el coautor Sangeeta Malhotra en Goddard." El próximo telescopio espacial James Webb es sensible a la emisión alfa de Lyman de galaxias aún más débiles a estas distancias y puede encontrar más galaxias dentro de EGS77 ".

    Los astrónomos esperan que burbujas de reionización similares de esta época sean raras y difíciles de encontrar. El telescopio de estudio infrarrojo de campo amplio planificado por la NASA (WFIRST) puede descubrir ejemplos adicionales, iluminando aún más esta importante transición en la historia cósmica.


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