Aunque el universo comenzó con una explosión, rápidamente evolucionó a un relativamente frío, lugar oscuro. Después de unos cientos de miles de años, las luces volvieron a encenderse y los científicos todavía están tratando de averiguar por qué.

Los astrónomos saben que la reionización hizo que el universo fuera transparente al permitir que la luz de galaxias distantes viajara casi libremente a través del cosmos para llegar hasta nosotros.

Sin embargo, Los astrónomos no comprenden completamente la tasa de escape de los fotones ionizantes de las primeras galaxias. Esa tasa de escape es crucial, pero sigue siendo un valor poco limitado, lo que significa que hay una amplia gama de límites superior e inferior en los modelos desarrollados por los astrónomos.

Esa limitación se debe en parte al hecho de que los astrónomos se han limitado a métodos indirectos de observación de fotones ionizantes, lo que significa que solo pueden ver unos pocos píxeles del objeto y luego hacer suposiciones sobre aspectos invisibles. Detección directa u observando directamente un objeto como una galaxia con un telescopio, proporcionaría una estimación mucho mejor de su tasa de escape.

En un artículo recién publicado, un equipo de investigadores, dirigido por una Universidad de California, Estudiante de posgrado de Riverside, utilizó un método de detección directa y descubrió que las limitaciones utilizadas anteriormente se habían sobrestimado cinco veces.

"Este hallazgo abre preguntas sobre si las galaxias por sí solas son responsables de la reionización del universo o si las galaxias enanas débiles más allá de nuestros límites de detección actuales tienen fracciones de escape más altas para explicar el presupuesto de radiación necesario para la reionización del universo, "dijo Kaveh Vasei, el estudiante de posgrado que es el autor principal del estudio.

Es difícil comprender las propiedades del universo temprano en gran parte porque esto fue hace más de 12 mil millones de años. Se sabe que alrededor de 380, 000 años después del Big Bang, electrones y protones unidos para formar átomos de hidrógeno por primera vez. Constituyen más del 90 por ciento de los átomos del universo, y puede absorber muy eficientemente fotones de alta energía y ionizarse.

Sin embargo, había muy pocas fuentes para ionizar estos átomos en el universo temprano. Mil millones de años después del Big Bang el material entre las galaxias se reionizó y se volvió más transparente. Se cree que la principal fuente de energía de la reionización son las estrellas masivas formadas en las primeras galaxias. Estas estrellas tenían una vida útil corta y generalmente nacían en medio de densas nubes de gas. lo que hizo muy difícil para los fotones ionizantes escapar de sus galaxias anfitrionas.

Estudios anteriores sugirieron que alrededor del 20 por ciento de estos fotones ionizantes necesitan escapar del denso entorno de gas de las galaxias que los albergan para contribuir significativamente a la reionización del material entre las galaxias.

Desafortunadamente, la detección directa de estos fotones ionizantes es un gran desafío y los esfuerzos anteriores no han tenido mucho éxito. Por lo tanto, los mecanismos que conducen a su escape son poco conocidos.

Esto ha llevado a muchos astrofísicos a utilizar métodos indirectos para estimar la fracción de fotones ionizantes que escapan de las galaxias. En un método popular, se supone que el gas tiene una distribución de "valla de estacas", donde se supone que el espacio dentro de las galaxias está compuesto por regiones de muy poco gas, que son transparentes a la luz ionizante, o regiones de gas denso, que son opacos. Los investigadores pueden determinar la fracción de cada una de estas regiones estudiando la luz (espectros) que emerge de las galaxias.

En este nuevo estudio dirigido por UC Riverside, Los astrónomos midieron directamente la fracción de fotones ionizantes que escapaban de la Herradura Cósmica, una galaxia distante que tiene lentes gravitacionales. La lente gravitacional es la deformación y amplificación de un objeto de fondo por la curva del espacio y el tiempo debido a la masa de una galaxia en primer plano. Los detalles de la galaxia en el fondo, por lo tanto, se magnifican, permitiendo a los investigadores estudiar su luz y propiedades físicas con mayor claridad.

Basado en el modelo de valla de estacas, Se esperaba una fracción de escape del 40 por ciento para los fotones ionizantes del Horseshoe. Por lo tanto, la herradura representó una oportunidad ideal para obtener por primera vez un claro, Imagen resuelta de fotones ionizantes con fugas para ayudar a comprender los mecanismos por los que escapan de sus galaxias anfitrionas.

El equipo de investigación obtuvo una imagen profunda de la herradura con el telescopio espacial Hubble en un filtro ultravioleta, permitiéndoles detectar directamente los fotones ionizantes que escapan. Asombrosamente, la imagen no detectó fotones ionizantes provenientes de la Herradura. Este equipo restringió la fracción de fotones que escapaban a menos del 8 por ciento, cinco veces más pequeño de lo que se había inferido mediante métodos indirectos ampliamente utilizados por los astrónomos.

"El estudio concluye que la fracción previamente determinada de escapar de la radiación ionizante de las galaxias, según lo estimado por el método indirecto más popular, es probable que esté sobreestimado en muchas galaxias, "dijo Brian Siana, coautor del artículo de investigación y profesor asistente en UC Riverside. "El equipo ahora se centra en la determinación directa de la fracción de fotones ionizantes que escapan que no dependen de estimaciones indirectas".

Este papel, "La fracción de escape del continuo de Lyman de la herradura cósmica:una prueba de estimaciones indirectas, "ha sido publicado en el Diario astrofísico .