Detectan la 'primera luz' a través de la niebla del amanecer cósmico

Los científicos creen que el 'motor' que impulsó la reionización fue, precisamente, la luz ultravioleta emitida por aquellas primeras fuentes luminosas del Universo, las primeras estrellas y galaxias que empezaron a formarse entre los 200 y 300 millones de años tras el Big Bang. Según esa idea, aquella primera luz ultravioleta empezó a ionizar el hidrógeno neutro circundante, y a medida que las fuentes de luz se fueron haciendo más y más numerosas, la radiación ultravioleta se fue propagando por todas partes, creando alrededor de las galaxias recién nacidas 'burbujas' de hidrógeno ionizado, que se expandieron, se fusionaron unas con otras y terminaron por reionizar el Universo entero.

La reionización cósmica no fue un evento instantáneo, sino un proceso gradual que duró cientos de millones de años. Comenzó con la formación de las primeras fuentes de luz y continuó a medida que estas fuentes se volvieron más abundantes y poderosas. De este modo, y permitiendo que la luz pudiera viajar libremente por el espacio, la densa cortina de niebla que oscurecía el Universo se disipó, y cuando éste cumplió sus primeros mil millones de años, la luz ultravioleta podía ya propagarse libremente por todas partes. ¿Pero cuándo comenzó exactamente la reionización cósmica? ¿En qué momento surgieron las primeras estrellas y galaxias que hicieron posible que el proceso se pusiera en marcha?

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Decirlo con precisión es difícil, ya que la transición depende de una compleja interacción de procesos vinculados a la física gravitacional, que rige la estructura a gran escala del Universo, al comportamiento termodinámico del gas interestelar, que regula la formación de estrellas, y al modo en que la radiación viaja a través del gas de hidrógeno. A pesar de ello, el Telescopio Espacial James Webb, con su capacidad para observar longitudes de onda infrarrojas 'más rojas' que su predecesor, el Telescopio Espacial Hubble, ha ampliado la frontera de la detección de galaxias a menos de 300 millones de años después del Big Bang. Y sus capacidades espectroscópicas han permitido estudiar con detalle el destino de los fotones emitidos por esas primeras galaxias a medida que viajan a través del espacio y el tiempo.

De este modo, y, utilizando el poderoso telescopio, un equipo internacional de más de 50 investigadores, dirigidos por Joris Wistok, de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, acaba de 'sorprender' a JADES-GS-z13-1-LA, una de las galaxias más antiguas y lejanas que se conocen, en pleno acto de reionización. Es decir, emitiendo una luz ultravioleta específica, conocida como 'emisión Lyman-α'. La galaxia ya estaba ahí cuando el universo tenía solo 330 millones de años, lo que representa la evidencia más temprana que se conoce para el inicio de la transición de fase del hidrógeno intergaláctico, de neutro a ionizado. El trabajo, recién publicado en 'Nature', sitúa por lo tanto el inicio de la reionización cósmica por lo menos 330 millones de años después del Big Bang.

Wistok y sus colegas estiman que la 'burbuja' alrededor de JADES-GS-z13-1-LA tiene un radio de al menos 200.000 parsecs

(650.000 años luz). Lo cual representa la distancia mínima requerida para que los fotones viajen y se estiren hasta longitudes de onda lo suficientemente 'rojas' como para permitir que continúen su viaje sin obstáculos a través del hidrógeno neutro.

El espectro también indica una cantidad de fotones en la línea Lyman-α mayor de la esperada, junto con un continuo de emisión muy 'azul', en comparación con las galaxias de referencia con emisión Lyman-α observadas entre 600 y 800 millones de años después del Big Bang, cerca del final de la transición a un universo ionizado.

En su artículo, los investigadores apuntan a dos posibles escenarios para explicar esta sobreabundancia. Por un lado, la emisión azul implica objetos muy calientes, y es posible que los fotones fueran emitidos por materia calentada al caer sobre un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Por otro, también es posible que la galaxia contenga una gran cantidad de estrellas con masas muy altas (100-300 veces la del Sol) y extraordinariamente calientes y azules (más de 15 veces más calientes que el Sol).

Junto a otras observaciones del telescopio espacial que parecen contradecir los modelos teóricos actuales, esta detección supone otra pieza más del rompecabezas, y fortalece la sensación de que los astrónomos se están perdiendo por lo menos un componente clave para comprender cómo surgieron las primeras estrellas y galaxias a partir del hidrógeno neutro al principio de la historia del Universo, o cómo ese mismo gas se pudo acumular en 'semillas' que luego se convirtieron en agujeros negros supermasivos.

Resulta evidente que aún queda mucho por descubrir, y que James Webb tiene un importante papel que jugar en nuestra comprensión del Amanecer cósmico.