La galaxia que ya existía 700 millones de años tras el Big Bang

Astrónomos de los EE.UU. han medido la distancia a la galaxia más lejana conocida, descubriendo que su luz tarda 13.1 billones de años en alcanzar la Tierra; lo que significa que la luz emite proviene de sólo 700 millones de años después del Big Bang. A pesar de que la galaxia es mucho más pequeña que la Vía Láctea, está formando estrellas a un ritmo mucho más rápido. El descubrimiento proporciona nueva información importante acerca de la época de reionización, la antigua época en que el gas neutro entre las galaxias se convirtió en gas ionizado.

Para observar las galaxias más lejanas, los astrónomos aprovechan la expansión del universo, que  extiende la longitud de onda  de los objetos distantes en el tiempo tiempo (desplazamiento al rojo). Pero el polvo también puede enrojecer la luz, por lo que un color rojo por sí solo no garantiza que una galaxia se encuentra en el borde del universo observable.

“El problema ha sido, durante los últimos años, que la gente ha estado tratando de confirmar estas galaxias muy distantes  y en su mayor parte acaba con las manos vacías“, dice Steven Finkelstein, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, que estuvo involucrado en el descubrimiento.

Para la confirmación de la distancia de una galaxia lejana es necesario medir el desplazamiento al rojo de las líneas en el espectro de la luz que emite. Esto significa que los astrónomos se enfrentan al reto de obtener el espectro de un objeto débil. Así que durante dos noches en abril, Finkelstein apuntó a 43 objetos de color rojo en la constelación de la Osa Mayor con uno de los telescopios más grandes del mundo, el Keck I de 10 metros instalado en en Mauna Kea, Hawai. Un año antes, este telescopio había recibido un espectrógrafo más sensible, lo que hizo posible las observaciones de Finkelstein.

Finkelstein registró el espectro de una línea de emisión Lyman-Alfa. Esta radiación se produce cuando un electrón cae del n=2 a  n=1 en el estado de hidrógeno, que es el elemento más abundante en el cosmos. Esta línea espectral normalmente emite radiación ultravioleta lejana en una longitud de onda de 1216 Å (121,6 nm), pero debido al esperado corrimiento al rojo, Finkelstein obtuvo su espectro de longitudes de onda en el infrarrojo cercano en su lugar.

En 42 de los 43 espectros, Finkelstein no vio líneas. ”Creo que  hasta que no nos fijamos en el corrimiento al rojo de la una de ellas no caímos en la cuenta que era la más lejana.” Esa galaxia, que lleva el nombre z8_GND_5296, tiene una línea Lyman-Alfa en una longitud de onda de 10.343 Å (1,0343 m), un aumento del 751% con respecto a la longitud de onda del resto, lo que significa que el corrimiento al rojo de la galaxia es de 7.51. Se encuentra 40 millones de años luz más lejos que el anterior poseedor del récord, que posee un corrimiento al rojo 7.215.

“Eso por sí solo ya es notable”, diceDominik Riechers , astrónomo de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, que no participó del equipo de investigación. “Es un paso importante en términos de distancia, y es una galaxia muy inusual.”

Debido a su gran distancia vemos una galaxia que ya existía tan 700 millones de años después del Big Bang. En ese tiempo las galaxias eran pequeñas porque tenían todavía que crecer más. Todas las estrellas de la galaxia juntas pesan sólo unos mil millones de veces más que el Sol, una fracción de la masa estelar de la Vía Láctea.

Sin embargo, la galaxia está creciendo a pasos agigantados. Sus estrellas ya se han enriquecido con elementos pesados. Además, se está experimentando un “estallido estelar”: Finkelstein y sus colegas calculan que la galaxia convierte aproximadamente 330 masas solares de gas en estrellas cada año, una tasa de aproximadamente 100 veces la de la Vía Láctea. A ese ritmo, la galaxia podría haber creado todas sus estrellas en sólo tres millones de años.

Eso es demasiado rápido para Abraham Loeb, quien preside el Departamento de Astronomía de la Universidad de Harvard. “Lo que hace que me preocupe es que realmente se necesita toda la galaxia sea densa y sincronizada” para generar todas sus estrellas tan rápidamente. Loeb dice que un grupo de galaxias podría estar en frente de la galaxia y gravitacionalmente amplificar la luz, haciendo que parezca más prolífico de lo que realmente es.

Pero Finkelstein defiende que otra galaxia lejana, con un corrimiento al rojo 7,21, es también una creadora de estrellas vigorosa. ”Creemos que la búsqueda de dos de ellas en una pequeña región del cielo nos dice que en el universo temprano, hubo más sitios de formación estelar mucho más intensa de lo que habíamos pensado antes posible”, dice.

En cualquier caso, las galaxias eran comunes en el universo antiguo. En particular, 700 millones de años después del Big Bang, al menos una parte del gas entre las galaxias debió haber hecho la transición de neutro a ionizado. De lo contrario, Finkelstein no habría detectado radiación Lyman-Alfa de la galaxia, ya que el gas de hidrógeno neutro esparce la basura. De hecho, puede ser por eso que no logró encontrar esta radiación en otras galaxias lejanas, algunas de los cuales pueden estar incluso más lejos.

Alternativamente, las propias galaxias pueden ser las culpables. Pueden albergar tanto gas hidrógeno neutral que atrape toda la radiación Lyman-Alfa que generan. El estallido estelar en la galaxia cuya distancia habría sido medida, podría haber creado agujeros en el gas, por lo que la radiación Lyman-Alfa podría escapar de la galaxia y llegar a los telescopios en la Tierra.

Autor: Ken Crosswell

Enlace original: Farthest confirmed galaxy is a prolific star creator