Utilizando las capacidades sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA, un equipo internacional de científicos ha obtenido las primeras observaciones espectroscópicas de las galaxias más débiles durante los primeros mil millones de años del universo. Estos hallazgos, publicados en la revista Nature , ayuda a responder una pregunta de larga data para los astrónomos:¿Qué fuentes causaron la reionización del universo? Estos nuevos resultados han demostrado eficazmente que las pequeñas galaxias enanas son probablemente productoras de cantidades prodigiosas de radiación energética.
La investigación de la evolución del universo primitivo es un aspecto importante de la astronomía moderna. Aún queda mucho por entender sobre el momento de la historia temprana del universo conocido como la era de la reionización.
Fue un período de oscuridad sin estrellas ni galaxias, lleno de una densa niebla de gas hidrógeno hasta que las primeras estrellas ionizaron el gas a su alrededor y la luz comenzó a viajar. Los astrónomos han pasado décadas intentando identificar las fuentes que emitían radiación lo suficientemente potente como para eliminar gradualmente esta niebla de hidrógeno que cubría el universo primitivo.
El programa Ultradeep NIRSpec y NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (#2561) consisten en imágenes y observaciones espectroscópicas del cúmulo de lentes Abell 2744. Un equipo internacional de astrónomos utilizó lentes gravitacionales para este objetivo, también conocido como Cúmulo de Pandora. , para investigar las fuentes del período de reionización del universo.
Las lentes gravitacionales magnifican y distorsionan la apariencia de las galaxias distantes, por lo que se ven muy diferentes de las que están en primer plano. La 'lente' del cúmulo de galaxias es tan masiva que deforma la estructura del espacio mismo, hasta tal punto que la luz de galaxias distantes que pasa a través del espacio deformado también adquiere una apariencia deformada.
El efecto de ampliación permitió al equipo estudiar fuentes de luz muy distantes más allá de Abell 2744, revelando ocho galaxias extremadamente débiles que de otro modo serían indetectables, incluso para Webb.
El equipo descubrió que estas galaxias débiles son inmensas productoras de radiación ionizante, en niveles cuatro veces mayores de lo que se suponía anteriormente. Esto significa que la mayoría de los fotones que reionizaron el universo probablemente provinieron de estas galaxias enanas.
"Este descubrimiento revela el papel crucial desempeñado por las galaxias ultra débiles en la evolución del universo temprano", dijo Iryna Chemerynska, miembro del equipo del Instituto de Astrofísica de París en Francia. "Producen fotones ionizantes que transforman el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Esto resalta la importancia de comprender las galaxias de baja masa a la hora de dar forma a la historia del universo".
"Estas potencias cósmicas emiten colectivamente energía más que suficiente para realizar el trabajo", añadió el líder del equipo Hakim Atek, del Instituto de Astrofísica de París, CNRS, Universidad de la Sorbona, Francia, y autor principal del artículo que describe este resultado. "A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa son prolíficas productoras de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan sustancial que su influencia colectiva puede transformar todo el estado del universo".
Para llegar a esta conclusión, el equipo primero combinó datos de imágenes ultraprofundas de Webb con imágenes auxiliares de Abell 2744 del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA para seleccionar galaxias candidatas extremadamente débiles en la época de reionización. A esto le siguió una espectroscopia con el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb. El conjunto de obturador múltiple del instrumento se utilizó para obtener espectroscopia de múltiples objetos de estas galaxias débiles.
Esta es la primera vez que los científicos miden de manera sólida la densidad numérica de estas galaxias débiles y han confirmado con éxito que son la población más abundante durante la época de reionización. Esta también marca la primera vez que se mide el poder ionizante de estas galaxias, lo que permite a los astrónomos determinar que están produciendo suficiente radiación energética para ionizar el universo primitivo.
"La increíble sensibilidad de NIRSpec combinada con la amplificación gravitacional proporcionada por Abell 2744 nos permitió identificar y estudiar en detalle estas galaxias de los primeros mil millones de años del universo, a pesar de ser más de 100 veces más débiles que nuestra propia Vía Láctea", continuó Atek. .
En un próximo programa de observación de Webb, denominado GLIMPSE, los científicos obtendrán las observaciones más profundas jamás realizadas en el cielo. Al apuntar a otro cúmulo de galaxias, llamado Abell S1063, se identificarán galaxias aún más débiles durante la época de reionización para verificar si esta población es representativa de la distribución de galaxias a gran escala.
Como estos nuevos resultados se basan en observaciones obtenidas en un campo, el equipo señala que las propiedades ionizantes de las galaxias débiles pueden aparecer de manera diferente si residen en regiones muy densas. Por lo tanto, observaciones adicionales en un campo independiente proporcionarán más información para ayudar a verificar estas conclusiones.
Las observaciones de GLIMPSE también ayudarán a los astrónomos a investigar el período conocido como Amanecer Cósmico, cuando el universo tenía sólo unos pocos millones de años, para desarrollar nuestra comprensión sobre el surgimiento de las primeras galaxias.
Estos resultados han sido publicados hoy en la revista Nature. .
Más información: Hakim Atek, La mayoría de los fotones que reionizaron el Universo provienen de galaxias enanas, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07043-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07043-6
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Agencia Espacial Europea
