La impresión de este artista muestra una galaxia tipo Vía Láctea en el Universo local, rodeado por un halo de azul mucho más grande, luz débil, hecho de fotones Lyman-alfa. Si bien estos fotones se produjeron alrededor del calor, estrellas jóvenes en regiones mucho más centrales, luchan por escapar de las galaxias, sufriendo muchas absorciones y reemisiones mientras intentan escapar, y creando estos halos gigantes. Para galaxias distantes típicas, sólo un pequeño porcentaje lo logra. Esto es lo que los astrónomos han podido ver ahora para galaxias similares que existían hace 11 mil millones de años. en una muy joven, Universo activo. Esto tiene importantes implicaciones para el estudio del Universo joven, donde estos fotones son notablemente importantes, pero generalmente se miden solo sobre el componente central de cada galaxia. Crédito:ESO / L. Calçada
Los astrónomos dirigidos por David Sobral y Jorryt Matthee, de las universidades de Lancaster en el Reino Unido y Leiden en los Países Bajos han descubierto halos gigantes alrededor de las primeras galaxias del tipo de la Vía Láctea, hecho de fotones (partículas elementales de luz) que han luchado por escapar de ellos. El equipo informa sus hallazgos en la revista. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
Para comprender cómo se formó y evolucionó nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, los astrónomos confían en la observación de galaxias distantes. A medida que su luz tarda miles de millones de años en llegar a nosotros, los telescopios se pueden utilizar como máquinas del tiempo, siempre que tengamos un indicador claro para señalar la distancia a los objetos que se observan. Como ocurre con las galaxias más cercanas, estrellas y planetas, Los astrónomos utilizan la técnica de la espectroscopia para analizar su luz, dispersándolo en un espectro.
Luego, los científicos buscan rasgos característicos (líneas espectrales) que les informan sobre las propiedades, incluida la composición, temperatura y movimiento del objeto. Con las galaxias más lejanas, solo una característica espectral típicamente se destaca, la llamada línea Lyman-alfa asociada con el gas hidrógeno.
Jorryt Matthee comenta:"Las estrellas recién nacidas en galaxias muy distantes son lo suficientemente calientes como para romper el hidrógeno en las nubes de gas circundantes, que luego brilla intensamente en la luz Lyman-alfa, en teoría, las características más fuertes observables en una galaxia distante. Sin embargo, en la práctica, Los fotones Lyman-alfa luchan por escapar de las galaxias mientras el gas y el polvo se bloquean y divergen en sus trayectorias de viaje. por lo que es un proceso complejo de entender ".
La figura muestra algunas observaciones realizadas con el telescopio Isaac Newton en La Palma y con el telescopio UKIRT en Hawai de una de las (casi 1000) galaxias jóvenes tipo Vía Láctea en el Universo muy temprano. Los resultados permitieron a los astrónomos medir dónde, y cuántos, se produjeron fotones (indicados por las líneas de contorno rojas), y luego compárelos con los que realmente se han escapado (líneas de contorno azules) de estas galaxias distantes. Los resultados revelan grandes halos de fotones Lyman-alfa que lucharon por escapar, mientras que la gran mayoría de estos fotones nunca lo logran. Crédito:J. Matthee / D. Sobral
Usando el Telescopio Isaac Newton (INT) en La Palma en las Islas Canarias, Los astrónomos desarrollaron un experimento único para estudiar casi 1000 galaxias distantes. Examinaron el cielo utilizando la cámara de campo amplio y filtros personalizados, para medir dónde se produce el Lyman-alfa, cuanto hay, y de donde sale de las galaxias.
David Sobral dice:"Hemos utilizado docenas de noches dedicadas en el INT para comprender cómo escapan los fotones Lyman-alfa, y de qué galaxias. Miramos atrás en el tiempo 11 mil millones de años, esencialmente el límite de donde podemos identificar galaxias distantes y estudiarlas en detalle. Más importante, pudimos predecir con precisión cuántos fotones Lyman-alfa se produjeron efectivamente en cada galaxia y dónde sucedió esto. Luego los comparamos con los que realmente llegan al INT ".
Los resultados muestran que solo el 1-2% de esos fotones escapan de los centros de galaxias como la Vía Láctea. Incluso si contabilizamos todos los fotones a una gran distancia del centro, menos del 10% de escape.
"Las galaxias que forman estrellas en el Universo distante parecen estar rodeadas por un impresionante débil halo de fotones Lyman-alfa que tuvieron que viajar durante cientos de miles de años luz en una serie casi interminable de eventos de absorción y reemisión, hasta que finalmente fueron libres. Ahora debemos comprender exactamente cómo y por qué sucede ", añade Sobral.
Cuando el telescopio espacial James Webb comience a funcionar en 2018, Los astrónomos esperan poder mirar aún más atrás en el tiempo, abriendo una nueva ventana sobre las primeras galaxias y estrellas. Estudiar cómo evoluciona la fracción de escape a lo largo del tiempo puede informarnos sobre el tipo de estrellas que producen estos fotones, y las propiedades del gas interestelar e intergaláctico.
