Imagen en falso color de una región de 2 grados cuadrados del campo de estudio LAGER, creado a partir de imágenes tomadas en el óptico a 500 nm (azul), en el infrarrojo cercano a 920 nm (rojo), y en un filtro de banda estrecha centrado en 964 nm (verde). El último es sensible a la emisión de hidrógeno Lyman alfa en z ~ 7. Los pequeños recuadros blancos indican las posiciones de los 23 LAE descubiertos en el estudio. Los recuadros detallados (amarillo) muestran dos de los LAE más brillantes; son 0,5 minutos de arco de lado, y los círculos blancos tienen 5 segundos de arco de diámetro. Crédito:Zhen-Ya Zheng (SHAO) y Junxian Wang (USTC).
Los astrónomos que estudian el Universo distante han descubierto que las pequeñas galaxias formadoras de estrellas eran abundantes cuando el Universo tenía solo 800 millones de años. un pequeño porcentaje de su edad actual. Los resultados sugieren que las primeras galaxias, que iluminó e ionizó el Universo, formado incluso en épocas anteriores.
Hace mucho tiempo, alrededor de 300, 000 años después del comienzo del Universo (el Big Bang), el Universo estaba oscuro. Todavía no había estrellas ni galaxias, y el Universo se llenó de gas hidrógeno neutro. En algún momento aparecieron las primeras galaxias, y su radiación energética ionizó su entorno, el gas intergaláctico, iluminando y transformando el Universo.
Si bien se sabe que esta transformación dramática ocurrió en algún momento en el intervalo entre 300 millones de años y mil millones de años después del Big Bang, determinar cuándo se formaron las primeras galaxias es un desafío. El gas intergaláctico, que es inicialmente neutral, absorbe y dispersa fuertemente la luz ultravioleta emitida por las galaxias, haciéndolos difíciles de detectar.
Para centrarse en cuándo ocurrió la transformación, los astrónomos adoptan un enfoque indirecto. Utilizando la demografía de las pequeñas galaxias en formación de estrellas para determinar cuándo se ionizó el gas intergaláctico, pueden inferir cuándo las fuentes ionizantes, las primeras galaxias, formado. Si estrellas formando galaxias, que brillan a la luz de la línea alfa del hidrógeno Lyman, están rodeados de gas hidrógeno neutro, los fotones alfa de Lyman se dispersan fácilmente, al igual que los faros en la niebla, oscureciendo las galaxias. Cuando el gas está ionizado, la niebla se levanta, y las galaxias son más fáciles de detectar.
Un nuevo estudio que adoptó este enfoque ha descubierto 23 galaxias emisoras alfa de Lyman candidatas (LAE) que estaban presentes 800 millones de años después del Big Bang (con un corrimiento al rojo de z ~ 7), la muestra más grande detectada hasta la fecha en esa época. El estudio, "Galaxias Lyman-Alpha en la época de la reionización" (LAGER), fue realizada por un equipo internacional de astrónomos de China, los Estados Unidos, y Chile usando la Dark Energy Camera (DECam) en el telescopio CTIO 4-m Blanco.
Hitos en la historia del Universo (no a escala). El gas intergaláctico estaba en un estado neutral desde aproximadamente 300, 000 años después del Big Bang hasta que la luz de la primera generación de estrellas y galaxias comenzó a ionizarlo. El gas se ionizó completamente después de mil millones de años. El estudio LAGER analiza de cerca el estado del Universo a 800 millones de años (recuadro amarillo) para investigar cuándo y cómo ocurrió esta transformación. Crédito:NAOJ.
Si bien el estudio detectó muchos LAE, También encontró que los LAE eran 4 veces menos comunes a los 800 millones de años que poco tiempo después, a mil millones de años (con un corrimiento al rojo de z ~ 5,7). Los resultados implican que el proceso de ionización del Universo comenzó temprano y aún estaba incompleto a los 800 millones de años. con el gas intergaláctico aproximadamente mitad neutro y mitad ionizado en esa época. La baja tasa de incidencia de LAE a los 800 millones de años es el resultado de la supresión de su emisión alfa de Lyman por el gas intergaláctico neutro.
El estudio muestra que "la niebla ya se estaba disipando cuando el universo tenía el 5% de su edad actual", explicó Sangeeta Malhotra (Goddard Space Flight Center y Arizona State University), uno de los codirectores de la encuesta.
Junxian Wang (USTC), el organizador del estudio, explicado con más detalle, "Nuestro hallazgo de que el gas intergaláctico está ionizado en un 50% en z ~ 7 implica que una gran fracción de las primeras galaxias que ionizaron e iluminaron el universo se formaron temprano, menos de 800 millones de años después del Big Bang ".
Para Zhenya Zheng (Observatorio Astronómico de Shanghai, CAS), el autor principal del artículo que describe estos resultados, "800 millones de años es la frontera actual en los estudios de reionización". Si bien se han encontrado cientos de LAE en épocas posteriores, sólo se conocían alrededor de dos docenas de LAE candidatos a 800 millones de años antes del estudio actual. Los nuevos resultados aumentan drásticamente el número de LAE conocidos en esta época.
"Nada de esta ciencia habría sido posible sin las capacidades de campo amplio de DECam y su canal comunitario para la reducción de datos, ", comentó el coautor James Rhoads." Estas capacidades permiten estudios eficientes y, por lo tanto, el descubrimiento de galaxias débiles y raras, los brillantes ".
Para aprovechar estos resultados, el equipo está "continuando la búsqueda de galaxias formadoras de estrellas distantes en un volumen mayor del Universo", dijo Leopoldo Infante (Universidad Pontificia Católica de Chile e Institución Carnegie para la Ciencia), "para estudiar la agrupación de LAE". La agrupación proporciona información única sobre cómo se levanta la niebla. El equipo también está investigando la naturaleza de estas galaxias distantes.
