Galaxias distantes revelan como se aclaró la niebla cósmica tras el Big Bang

Un equipo de científicos ha utilizado el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Chile, para estudiar el Universo primitivo en distintos momentos, justo cuando se estaba volviendo transparente a la luz ultravioleta. Esta fase breve pero espectacular en la historia cósmica -conocida como reionización-, se produjo hace unos 13 mil millones de años. Al estudiar cuidadosamente algunas de las galaxias más lejanas detectadas hasta ahora, el equipo fue capaz de establecer por primera vez un calendario para la reionización. También demostraron que esta fase debió ocurrir más rápido de lo que los astrónomos pensaban.

Un equipo internacional de astrónomos usó el VLT de ESO en Cerro Paranal (Chile) como una máquina del tiempo para viajar al pasado, hacia el Universo primitivo, y poder observar varias de las galaxias más lejanas detectadas hasta la fecha. El equipo fue capaz de medir sus distancias con precisión y determinó que las estamos viendo tal como eran entre 780 millones y mil millones de años después del Big Bang.

Las nuevas observaciones permitieron a los astrónomos establecer por primera vez un cronograma para lo que se conoce como la era de la reionización. Durante esta fase, la niebla de gas de hidrógeno en el Universo primitivo se fue despejando, permitiendo que la luz ultravioleta pasara sin obstáculos por primera vez.

Los nuevos resultados, que serán publicados en el Astrophysical Journal, se basan en una extensa y sistemática búsqueda de galaxias distantes que el equipo llevó a cabo con el VLT durante los últimos tres años.

“Los arqueólogos pueden reconstruir una cronología del pasado a partir de los artefactos que encuentran en las diferentes capas del suelo. Los astrónomos podemos hacer algo mejor: podemos ver directamente en el pasado remoto y observar la tenue luz de las galaxias en diferentes etapas de la evolución cósmica“, explica Adriano Fontana, de INAF Observatorio Astronómico de Roma, quien lideró este proyecto. “Las diferencias entre las galaxias nos hablan de las cambiantes condiciones en el Universo en este importante período, y la rapidez con que estos cambios fueron ocurriendo“.

Los diferentes elementos químicos brillan en colores característicos. Estos signos en el brillo se conocen como líneas de emisión. Una de las líneas de emisión de rayos ultravioleta más fuertes es la línea Lyman-alfa, que proviene del gas de hidrógeno. Es lo suficientemente brillante y reconocible como para ser vista incluso en observaciones de galaxias muy débiles y lejanas.

Detectar la línea Lyman-alfa de cinco galaxias muy distantes permitió al equipo hacer dos cosas. En primer lugar, al observar hasta qué punto la línea se había desplazado hacia el extremo rojo del espectro fueron capaces de determinar las distancias de las galaxias, y de esta forma saber cuánto tiempo después del Big Bang las estaban observando. Esto les permitió colocarlas en orden, creando una línea de tiempo que muestra cómo la luz de las galaxias fue evolucionando en el tiempo. En segundo lugar, fueron capaces de ver hasta qué punto la emisión Lyman-alfa -proveniente del hidrógeno que brilla al interior de las galaxias- fue reabsorbida por la niebla de hidrógeno neutro en el espacio intergaláctico en diferentes puntos en el tiempo.

“Vemos una gran diferencia entre la cantidad de luz ultravioleta que fue bloqueada en las galaxias más tempranas y en las más tardías de la muestra“, dice la autora principal Laura Pentericci, del INAF Observatorio Astronómico de Roma. “Cuando el Universo tenía sólo 780 millones años de edad, este hidrógeno neutro era muy abundante, ocupando entre un 10 y un 50% del volumen del Universo. Pero sólo 200 millones de años después, la cantidad de hidrógeno neutro se había reducido a un nivel muy bajo, similar al que vemos hoy en día. Parece que la reionización debe haber ocurrido más rápido de lo que lo pensábamos“.

Además de sondear la velocidad a la que se despejó la niebla primordial, las observaciones del equipo también apuntaron a la probable fuente de luz ultravioleta que proporcionó la energía necesaria para que se produjera la reionización. Varias teorías compiten para explicar el origen de esta luz, entre las cuales destacan dos: la primera generación de estrellas en el Universo, y la intensa radiación emitida por materia que cae hacia un agujero negro.

“El análisis detallado de la tenue luz de dos de las galaxias más distantes que encontramos sugiere que la primera generación de estrellas podría haber contribuido a la producción de la energía observada“, dice Eros Vanzella del INAF Observatorio de Trieste, miembro del equipo de investigación. “Se trataría de estrellas muy jóvenes y masivas, cerca de cinco mil veces más jóvenes y cien veces más masivas que nuestro Sol, y podrían haber sido capaces de disolver la niebla primordial y volverla transparente“.

Las mediciones de alta precisión requeridas para confirmar o refutar esta hipótesis, y demostrar que las estrellas pueden producir la energía necesaria, requieren observaciones desde el espacio, o con el futuro telescopio European Extremely Large Telescope (E-ELT) de ESO, que será el ojo más grande del mundo en el cielo cuando esté terminado, a principios de la próxima década.

El estudio de un periodo tan primitivo en la historia cósmica es técnicamente difícil, ya que se necesitan observaciones muy precisas de galaxias extremadamente distantes y tenues, una tarea que sólo puede ser realizada por los telescopios más potentes. Para este estudio, el equipo utilizó el gran poder de recolección de luz de uno de los telescopios de 8,2 metros del VLT para llevar a cabo observaciones espectroscópicas, apuntando a galaxias identificadas previamente por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y en imágenes de campo profundo tomadas por el VLT.

Enlace original: Distant galaxies reveal the clearing of cosmic fog