Finalmente sabemos qué encendió las luces en los albores de los tiempos: ScienceAlert

Finalmente sabemos qué trajo la luz al vacío oscuro y informe del universo primitivo.

Según datos de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, los orígenes de los fotones que volaban libremente en el temprano amanecer cósmico fueron pequeñas galaxias enanas que se encendieron con vida, despejando la misteriosa niebla de hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico.

«Este descubrimiento revela el papel crucial que desempeñaron las galaxias muy débiles en la evolución del universo primitivo». dice la astrofísica Irina Chemerinska Del Instituto de Astrofísica de París.

«Producen fotones ionizantes que convierten el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Esto resalta la importancia de comprender las galaxias de baja masa para dar forma a la historia del universo».

Al comienzo del universo, pocos minutos después del Big Bang, el espacio se llenó de una densa y caliente niebla de plasma ionizado. La poca luz que había no habría penetrado esta niebla; En pocas palabras, los fotones se dispersarían desde los electrones libres que flotan alrededor, oscureciendo efectivamente el universo.

A medida que el universo se enfrió, después de unos 300.000 años, los protones y los electrones comenzaron a unirse para formar gas hidrógeno neutro (y un poco de helio). La mayoría de las longitudes de onda de la luz podían atravesar este medio neutro, pero había muy pocas fuentes de luz para producirla. Pero a partir del hidrógeno y el helio nacieron las primeras estrellas.

Esas primeras estrellas proporcionaron radiación lo suficientemente fuerte como para arrancar electrones de sus núcleos y reionizar el gas. Sin embargo, en ese momento, el universo se había expandido tanto que el gas se esparció y no pudo evitar que la luz brillara. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el final del período conocido como amanecer cósmico, el universo quedó completamente reionizado. ¡Ta-da! Las luces estaban encendidas.

Pero debido a que hay tanta oscuridad en el amanecer cósmico, y debido a que es tan débil y distante a través del tiempo y el espacio, hemos tenido dificultades para ver lo que hay allí. Los científicos pensaban que las fuentes responsables de la mayor parte de este vacío debían ser poderosas: agujeros negros masivos cuya acreción produce luz brillante, por ejemplo, y galaxias masivas en medio de formación estelar (las estrellas pequeñas producen mucha luz ultravioleta).

El telescopio espacial James Webb fue diseñado en parte para observar el amanecer cósmico y tratar de ver qué hay allí. Ha tenido mucho éxito y ha revelado todo tipo de sorpresas sobre este momento crucial en la formación de nuestro universo. Sorprendentemente, las observaciones telescópicas indican ahora que las galaxias enanas son las principales protagonistas de la reionización.

Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atiq del Instituto de Astrofísica de París recurrió a los datos del Telescopio Espacial James Webb sobre un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744, complementados con datos del Hubble. Abell 2744 es tan denso que el espacio-tiempo lo envuelve formando una lente cósmica; Cualquier luz distante que viaje hacia nosotros a través del espacio-tiempo se magnifica. Esto permitió a los investigadores ver pequeñas galaxias enanas cercanas al amanecer cósmico.

Luego utilizaron el telescopio espacial James Webb para obtener espectros detallados de estas pequeñas galaxias. Su análisis reveló que estas galaxias enanas no sólo son el tipo de galaxia más abundante en el universo temprano, sino que también son mucho más brillantes de lo esperado. De hecho, la investigación del equipo muestra que las galaxias enanas superan en número a las galaxias grandes en una proporción de 100 a uno, y que su producción colectiva es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias más masivas.

«Combinadas, estas fuerzas cósmicas emiten suficiente energía para realizar el trabajo». Atik dice. «A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa producen radiación energética en abundancia, y su abundancia durante este período es tan grande que su impacto colectivo podría cambiar todo el estado del universo».

Es la mejor evidencia hasta el momento del poder detrás de la reionización, pero aún queda trabajo por hacer. Los investigadores observaron una pequeña porción de cielo; Deben asegurarse de que su muestra no sea sólo una colección anómala de galaxias enanas, sino una muestra representativa de toda la población en el amanecer cósmico.

Su intención es estudiar más regiones de lentes cósmicas en el cielo para obtener una muestra más amplia de los primeros cúmulos de galaxias. Pero sólo en esta muestra, los resultados fueron increíblemente dramáticos. Los científicos han estado buscando respuestas sobre la reionización desde que la conocemos. Estamos a punto de levantar finalmente la niebla.

«Ahora hemos entrado en un territorio inexplorado con el telescopio espacial James Webb». dice el astrofísico Thimya Nanayakkara De la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia.

«Este trabajo abre preguntas más interesantes que debemos responder en nuestros esfuerzos por trazar la historia evolutiva de nuestros comienzos».

La investigación fue publicada en naturaleza.