Galaxias lejanas 'levantan el velo' marcando el final del tiempo cósmico oscuro
Un grupo de investigadores que estudia el universo lejano, entre los que se encuentran astrónomos del Instituto de Astrofísica UC, descubrió que las pequeñas galaxias que forman 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 iluminaron e ionizaron el universo, se formaron incluso en épocas anteriores.
Hace mucho tiempo, unos trescientos mil años después del comienzo del Big Bang, todo era oscuridad. No había estrellas ni galaxias y el universo estaba lleno de gas hidrógeno neutro. En algún momento aparecieron las primeras galaxias, y su radiación enérgica ionizó su entorno (el gas intergaláctico) iluminando y transformando al universo.
Si bien los investigadores saben que esta dramática transformación ocurrió en algún punto entre 300 y 1000 millones de años después del Big Bang, determinar cuándo se formaron las primeras galaxias es un desafío. El gas intergaláctico, inicialmente neutro, absorbe y dispersa la luz ultravioleta emitida por las galaxias, haciéndolas difíciles de detectar.
Al centrarse en el momento de la transformación los astrónomos aplican un enfoque indirecto; usando la demografía de pequeñas galaxias formadoras de estrellas para determinar cuándo se ionizó el gas, pueden inferir cuándo se formaron las primeras galaxias.
Si las galaxias que forman estrellas, que brillan a la luz de la línea alfa de la serie Lyman del hidrógeno, están rodeadas de gas hidrógeno neutro, los fotones Lyman-alfa se dispersan como la luz de faros en la niebla, oscureciendo las galaxias. Cuando el gas se ioniza la niebla se levanta y las galaxias son más fáciles de detectar.
Un estudio reciente, que utilizó el enfoque indirecto, descubrió 23 candidatos de emisiones Lyman-alfa (LAEs) de galaxias presentes 800 millones de años después del Big Bang, la muestra más grande detectada hasta la fecha en esa época. El estudio Galaxias Lyman-Alpha en la época de reionización (LAGER), fue realizado por un equipo internacional de astrónomos de China, Estados Unidos y Chile, utilizando la Cámara de Energía Oscura (DECam) del telescopio 4-m Blanco en Cerro Tololo, y financiado en parte por el programa China-Chile, a través de Cassaca.
El estudio encontró que las LAEs eran cuatro veces menos comunes cuando el universo tenía 800 millones de años que cuando tenía mil millones de años. Los resultados indican que el proceso de ionización del universo comenzó temprano y estaba incompleto en 800 millones de años, con el gas intergaláctico mitad neutro y mitad ionizado. La baja tasa de incidencia de LAEs resulta de la supresión de emisión de fotones Lyman-alfa por el gas intergaláctico neutro.
Leopoldo Infante, académico del Instituto de Astrofísica UC y de la Carnegie Institution for Science y co-líder del estudio, comenta que "este trabajo se dio entre astrónomos chinos, chilenos y norteamericanos al unir sus propias capacidades de colaboración". Además, dice, para aprovechar estos resultados el equipo "continúa la búsqueda de galaxias formadoras de estrellas sobre un volumen más grande del universo para estudiar los grupos de LAEs". La agrupación proporciona información única sobre cómo se levanta la niebla. El equipo también está investigando la naturaleza de estas galaxias distantes.
El estudio muestra que "la niebla ya se estaba levantando cuando el universo era el 5% de su edad actual", explicó Sangeeta Malhotra (Goddard Space Flight Center y Arizona State University), uno de los codirectores del trabajo.
Junxian Wang (USTC), uno de los organizadores del estudio, explicó: "Nuestro hallazgo de que el gas intergaláctico está ionizado al 50% en z ~ 7 implica que una gran fracción de las primeras galaxias que ionizaron e iluminaron el universo se formaron temprano, 800 millones de años después del Big Bang ".
Para Zhenya Zheng (Observatorio Astronómico de Shanghai, CAS), autor principal de la publicación, "800 millones de años es la frontera actual en los estudios de reionización". Mientras que en épocas posteriores se encontraron cientos de LAEs, antes del estudio actual solo se conocían unas dos docenas de candidatos a 800 millones de años. Los nuevos resultados aumentan dramáticamente el número de LAEs conocidos en esta época.
"La ciencia de este estudio no habría sido posible sin las capacidades de campo ancho de DECam y su infraestructura para la reducción de datos", comentó el coautor James Rhoads. "Estas capacidades permiten búsquedas eficientes y, por lo tanto, el descubrimiento de galaxias débiles y brillantes".
Crédito imagen: T. Abbott and NOAO/AURA/NSF
