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    Nuevas pistas sobre cómo las galaxias antiguas iluminaron el universo

    Esta vista de campo profundo del cielo (centro) tomada por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA está dominada por galaxias, incluidas algunas muy débiles, muy distantes - encerrados en un círculo rojo. El recuadro inferior derecho muestra la luz recogida de una de esas galaxias durante una observación de larga duración. Crédito:NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

    El telescopio espacial Spitzer de la NASA ha revelado que algunas de las primeras galaxias del universo eran más brillantes de lo esperado. El exceso de luz es un subproducto de las galaxias que liberan cantidades increíblemente altas de radiación ionizante. El hallazgo ofrece pistas sobre la causa de la época de la reionización, un evento cósmico importante que transformó el universo de ser mayormente opaco al brillante paisaje estelar que se ve hoy.

    En un nuevo estudio, los investigadores informan sobre las observaciones de algunas de las primeras galaxias que se formaron en el universo, menos de mil millones de años después del Big Bang (o un poco más de 13 mil millones de años atrás). Los datos muestran que en unas pocas longitudes de onda específicas de luz infrarroja, las galaxias son considerablemente más brillantes de lo que anticiparon los científicos. El estudio es el primero en confirmar este fenómeno para una gran muestra de galaxias de este período, mostrando que estos no eran casos especiales de brillo excesivo, pero que incluso las galaxias promedio presentes en ese momento eran mucho más brillantes en estas longitudes de onda que las galaxias que vemos hoy.

    Nadie sabe con certeza cuándo cobraron vida las primeras estrellas de nuestro universo. Pero la evidencia sugiere que entre aproximadamente 100 millones y 200 millones de años después del Big Bang, el universo estaba lleno principalmente de gas hidrógeno neutro que quizás acababa de comenzar a fusionarse en estrellas, que luego comenzaron a formar las primeras galaxias. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el universo se había convertido en un firmamento centelleante. Algo más había cambiado también:los electrones del omnipresente gas de hidrógeno neutro habían sido eliminados en un proceso conocido como ionización. La época de la reionización, el cambio de un universo lleno de hidrógeno neutro a uno lleno de hidrógeno ionizado, está bien documentada.

    Antes de esta transformación en todo el universo, formas de luz de longitud de onda larga, como ondas de radio y luz visible, atravesó el universo más o menos libre de obstáculos. Pero longitudes de onda de luz más cortas, incluida la luz ultravioleta, Los rayos X y los rayos gamma fueron detenidos por átomos de hidrógeno neutros. Estas colisiones despojarían a los átomos de hidrógeno neutros de sus electrones, ionizándolos.

    Pero, ¿qué podría haber producido suficiente radiación ionizante para afectar a todo el hidrógeno del universo? ¿Fueron estrellas individuales? ¿Galaxias gigantes? Si alguno fuera el culpable, esos primeros colonizadores cósmicos habrían sido diferentes a la mayoría de las estrellas y galaxias modernas, que normalmente no liberan grandes cantidades de radiación ionizante. Entonces otra vez tal vez algo más causó completamente el evento, como los cuásares, galaxias con centros increíblemente brillantes alimentados por enormes cantidades de material que orbitan agujeros negros supermasivos.

    "Es una de las preguntas abiertas más importantes de la cosmología observacional, "dijo Stephane De Barros, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en la Universidad de Ginebra en Suiza. "Sabemos que sucedió, pero ¿qué lo causó? Estos nuevos hallazgos podrían ser una gran pista ".

    La ilustración de este artista muestra cómo podría haber sido una de las primeras galaxias del universo. Los altos niveles de formación estelar violenta y muerte estelar habrían iluminado el gas que llena el espacio entre las estrellas, haciendo que la galaxia sea en gran parte opaca y sin una estructura clara. Crédito:James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

    Buscando Luz

    Para mirar atrás en el tiempo a la era justo antes de que terminara la Época de la Reionización, Spitzer miró dos regiones del cielo durante más de 200 horas cada una, permitiendo que el telescopio espacial recolecte luz que había viajado durante más de 13 mil millones de años para llegar hasta nosotros.

    Como algunas de las observaciones científicas más largas jamás realizadas por Spitzer, eran parte de una campaña de observación llamada GRANDES, Abreviatura de GOODS Re-ionization Era Wide-Area Treasury de Spitzer. GOODS (en sí mismo un acrónimo:Great Observatories Origins Deep Survey) es otra campaña que realizó las primeras observaciones de algunos objetivos GRANDES. El estudio, publicado en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society , también utilizó datos de archivo del telescopio espacial Hubble de la NASA.

    Usando estas observaciones ultraprofundas de Spitzer, El equipo de astrónomos observó 135 galaxias distantes y descubrió que todas eran particularmente brillantes en dos longitudes de onda específicas de luz infrarroja producida por la radiación ionizante que interactúa con los gases de hidrógeno y oxígeno dentro de las galaxias. Esto implica que estas galaxias estaban dominadas por jóvenes, estrellas masivas compuestas principalmente de hidrógeno y helio. Contienen cantidades muy pequeñas de elementos "pesados" (como nitrógeno, carbono y oxígeno) en comparación con las estrellas que se encuentran en las galaxias modernas promedio.

    Estas estrellas no fueron las primeras estrellas en formarse en el universo (las que habrían estado compuestas únicamente de hidrógeno y helio), pero todavía eran miembros de una generación muy temprana de estrellas. La época de la reionización no fue un evento instantáneo, así que aunque los nuevos resultados no son suficientes para cerrar el libro sobre este evento cósmico, proporcionan nuevos detalles sobre cómo evolucionó el universo en ese momento y cómo se desarrolló la transición.

    "No esperábamos que Spitzer, con un espejo no más grande que un Hula-Hoop, sería capaz de ver galaxias tan cerca del amanecer de los tiempos, "dijo Michael Werner, Científico del proyecto de Spitzer en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "Pero la naturaleza está llena de sorpresas, y el brillo inesperado de estas primeras galaxias, junto con el excelente desempeño de Spitzer, los pone dentro del alcance de nuestro pequeño pero poderoso observatorio ".

    Telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2021, estudiará el universo en muchas de las mismas longitudes de onda observadas por Spitzer. Pero donde el espejo primario de Spitzer tiene solo 85 centímetros (33,4 pulgadas) de diámetro, El de Webb mide 6,5 metros (21 pies), aproximadamente 7,5 veces más grande, lo que le permite a Webb estudiar estas galaxias con mucho mayor detalle. De hecho, Webb intentará detectar la luz de las primeras estrellas y galaxias del universo. El nuevo estudio muestra que debido a su brillo en esas longitudes de onda infrarrojas, Las galaxias observadas por Spitzer serán más fáciles de estudiar para Webb de lo que se pensaba.

    "Estos resultados de Spitzer son sin duda otro paso para resolver el misterio de la reionización cósmica, "dijo Pascal Oesch, profesor asistente en la Universidad de Ginebra y coautor del estudio. "Ahora sabemos que las condiciones físicas en estas galaxias tempranas eran muy diferentes a las de las galaxias típicas de hoy. Será el trabajo del Telescopio Espacial James Webb averiguar las razones detalladas".


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