Estas galaxias ‘guisantes verdes’ pueden haber ayudado a terminar con la Edad Oscura del Universo

Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb (JWST) han encontrado tres pequeñas galaxias que podrían haber ayudado a desencadenar una de las mayores remodelaciones en la historia cósmica.

Los hallazgos, presentados en una reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Seattle, Washington, y publicados la semana pasada¹podría explicar la reionización, el período en que la radiación violenta destrozó una «niebla» de átomos de hidrógeno que se cernía sobre el Universo, haciendo que las estrellas y las galaxias fueran visibles por primera vez.

Un apagón cósmico

Inmediatamente después del Big Bang, el Universo era deslumbrantemente brillante. El calor residual era tan grande que los electrones no podían unirse a los protones para formar átomos. En cambio, el Universo era un plasma burbujeante, un gas denso y brillante de partículas cargadas eléctricamente (o ionizadas) que dispersan la luz, como una bombilla fluorescente.

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Después de unos 380.000 años, el Universo en expansión se había enfriado lo suficiente como para que se formaran átomos de hidrógeno. Algunos de estos átomos eventualmente se fusionaron en las primeras estrellas y galaxias. Pero la capa de hidrógeno circundante absorbió su luz, de la misma manera que la niebla espesa puede bloquear los faros de un vehículo.

Eventualmente, esta edad oscura cósmica llegó a su fin. La radiación energética dividió los átomos de hidrógeno intergalácticos, convirtiéndolos en protones y electrones solitarios, en un proceso llamado reionización. Pero ionizar toda la materia entre galaxias requeriría una gran cantidad de energía, y los astrónomos han discutido durante mucho tiempo sobre el impulsor exacto. Quizás fue la luz de las estrellas de las primeras galaxias. O tal vez el evento fue causado por agujeros negros supermasivos, que atraen la materia hacia ellos y la calientan.

«Una de las grandes preguntas cosmológicas es: ¿qué causa la reionización?» dijo Trinh Thuan, astrónomo de la Universidad de Virginia en Charlottesville.

Guisante galáctico

El 11 de julio de 2022, unos seis meses después del lanzamiento del JWST, el observatorio entregado la imagen más profunda y nítida del Universo distante jamás vista. La imagen, centrada en un cúmulo de galaxias llamado SMACS 0723, contiene miles de galaxias más débiles que nunca. JWST podría capturarlo porque analiza la luz infrarroja; a medida que el Universo se expande, sus galaxias más externas parecen estar saliendo de la parte visible del espectro electromagnético hacia el infrarrojo. De las miles de galaxias en la imagen SMACS 0723, los investigadores decidieron hacer observaciones espectroscópicas de seguimiento de tres que parecían estar particularmente distantes.

Pero cuando James Rhoads, astrónomo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y sus colegas vieron por primera vez los espectros del trío, se dieron cuenta de que las galaxias parecían objetos que normalmente se encuentran cerca. Tenían un extraño parecido con las galaxias «guisante verde», rarezas detectadas por primera vez por un proyecto de ciencia ciudadana llamado Galaxy Zoo y reportadas² en 2009.

Las galaxias de guisantes verdes recibieron su nombre por su color y tamaño pequeño. Representan solo el 5% del tamaño de la Vía Láctea y el 1% de su masa. Pero no se deje engañar por su pequeño tamaño: están produciendo estrellas a un ritmo enorme, unas 100 veces más rápido de lo que los astrónomos esperarían, dada su masa. También parecen contener relativamente pocos elementos pesados. Su tinte verdoso proviene del resplandor del oxígeno ionizado (un elemento relativamente ligero) calentado por estrellas jóvenes.

Los guisantes verdes han fascinado a los astrónomos porque, aunque solo se han observado en el Universo cercano, sus propiedades se asemejan a las esperadas para las primeras galaxias. Por ejemplo, se cree que las primeras galaxias contienen solo elementos ligeros porque los elementos pesados ​​necesitan tiempo para formarse. Sangeeta Malhotra, astrónoma del Centro de Vuelo Espacial Goddard, bromeó en la reunión de la AAS del 12 de enero diciendo que eran «galaxias de Peter Pan» porque no habían madurado.

Primeros parecidos

Es por eso que Rhoads, Malhotra y sus colegas estaban entusiasmados con los espectros del trío de galaxias analizado por JWST: las galaxias son del cosmos primitivo pero se ven como guisantes verdes de cerca. «Sabíamos que parecían espectros de guisantes verdes en el momento en que los vimos», dijo Rhoads. La naturaleza.

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Al igual que Green Peas, Trio es pequeño y tiene un fuerte espectro de emisión, lo que significa que también produce estrellas rápidamente. Asimismo, son pobres en elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. De hecho, el más distante de los tres contiene alrededor de un 2% más de oxígeno que la Vía Láctea. Esta puede ser la cantidad más baja de oxígeno jamás vista en una galaxia.

Thuan dice que estaba «sorprendido» al ver la similitud entre los espectros que tomó JWST de estas galaxias y los de los guisantes verdes, que ha estado estudiando durante mucho tiempo.

Hay pocas dudas de que es el mismo tipo de objeto. Antes del JWST, los investigadores habían medido guisantes diez mil millones de años después del Big Bang, dice Daniel Schaerer, astrónomo de la Universidad de Ginebra en Suiza. “Y ahora, de repente, podemos hacer lo mismo, pero solo 700 millones de años después del Big Bang. Es completamente alucinante. »

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Otro motivo de entusiasmo se remonta a 2016, cuando los astrónomos, incluido Thuan, informaron que un guisante verde enviaba masas de fotones ionizantes al medio intergaláctico.³. La mayoría de las galaxias observadas en el Universo cercano no lo hacen. Con tantas estrellas en un volumen tan pequeño, los guisantes podrían perforar canales a través del medio interestelar, creando una ruta de escape para la radiación energética.

Esto podría significar que objetos como el trío en el Universo primitivo produjeron la energía necesaria para liberar al cosmos de sus edades oscuras. Para Thuan, los resultados son convincentes. “Ahora realmente creo que estas galaxias enanas que forman estrellas son el agente de la reionización”, dice.