Un galaxy vio solo 330 millones de años después del Big Bang ha sido implicado en traer luz a la oscuridad de asfixia del universo temprano.
Se llama Jades-GS-Z13-1, y un análisis de la luz muy débil que ha enviado desde hace más de 13.4 mil millones de años revela que jugó un papel en la época de la reionización: el proceso de mil millones de años que despejó la niebla opaca que llenó el universo temprano, permitiendo que la luz fluyera libremente.
Esta época de la historia del universo es realmente difícil de ver, lo que hace que los mecanismos detrás de ella sean un misterio. Jades-GS-Z13-1 literalmente arroja luz a una era de oscuridad cósmica. El resultado es una emisión de firma llamada Lyman-alfa que se emite por hidrógeno a medida que cambia los estados de energía y solo se puede ver una vez que se ha producido la reionización.
“El universo temprano se bañó en una gruesa niebla de hidrógeno neutro”, dice el astrofísico Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge y University College London en el Reino Unido.
“Most of this haze was lifted in a process called reionization, which was completed about one billion years after the Big Bang. GS-z13-1 is seen when the Universe was only 330 million years old, yet it shows a surprisingly clear, telltale signature of Lyman-alpha emission that can only be seen once the surrounding fog has fully lifted. This result was totally unexpected by theories of early galaxy formation and has caught astronomers by sorpresa.”
Así es como va la historia. Al comienzo del universo tal como lo conocemos, a los pocos minutos del Big Bang, el espacio estaba lleno de una niebla de plasma caliente y densa que consistía en pequeños núcleos atómicos y electrones libres. Qué poca luz no habría penetrado en esta niebla; Los fotones simplemente habrían dispersado los electrones flotando, efectivamente haciendo que el universo oscuro.
Después de unos 300,000 añosaS El universo se enfrió, los protones y los electrones comenzaron a unirse para formar gas de hidrógeno neutro (y un poco de helio). La mayoría de las longitudes de onda de la luz podían penetrar este medio neutro, pero había poco en el camino de la luz para producirlo.
Pero a partir de este hidrógeno y helio, nacieron las primeras estrellas y galaxias.
Esas primeras fuentes de luz entregaron una potente radiación que eliminó los electrones del hidrógeno neutro, devolviéndolo a un estado ionizado una vez más. En este punto, sin embargo, el universo se había expandido tanto que el gas era exponencialmente más difuso, permitiendo que la luz pasara más fácilmente y comience su largo viaje a través del tramo de tiempo y espacio.
Por aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, después del período conocido como el Amanecer cósmicoel universo era transparente, como lo vemos hoy. Et voilà! Las luces estaban encendidas.
El problema con Jades-GS-Z13-1 es que, incluso si participa en la reionización, aún no deberíamos poder verlo. El espacio inmediatamente alrededor de la galaxia se ionizaría, creando una burbuja de claridad de unos 650,000 años luz en el momento en que lo vemos; Pero la niebla aún debería estar envuelta en torno a esta pequeña cavidad de brillo que la galaxia ha tallado en el espacio-tiempo.
“Realmente no deberíamos haber encontrado una galaxia como esta, dada nuestra comprensión de la forma en que el universo ha evolucionado”. dice el astrónomo Kevin Hainline de la Universidad de Arizona en los Estados Unidos.
“Podríamos pensar en el universo temprano como envuelto con una niebla gruesa que haría que sea extremadamente difícil encontrar faros poderosos que se asoman, pero aquí vemos el haz de luz de esta galaxia que perfora el velo. Esta fascinante línea de emisiones tiene grandes ramificaciones sobre cómo y cuándo el universo se reoronó”.
Pensamos que teníamos un manejo bastante bueno en la línea de tiempo y el proceso de reionización. Jades-GS-Z13-1 lo lanza para un bucle. Una posible explicación es que una alimentación rápida agujero negro es responsable, lo que hace que el material a su alrededor se calienta y llame con luz.
Otra explicación para el brillo de Lyman-Alpha podría ser una gran cantidad de estrellas realmente masivas y calientes, entre 100 y 300 veces la masa del sol.
Ambas perspectivas son intrigantes, ya que cada una ofrece una ventana diferente a la infancia del universo; Pero, en este punto, ninguno de los dos puede confirmarse.
Se planean observaciones futuras de la extraña galaxia para ayudar a los astrónomos a aprender más. Una cosa que se está aclarando, como el espacio alrededor de Jades-GS-Z13-1: cuanto más aprendemos sobre el universo temprano, el más confuso se vuelve.
“Siguiendo los pasos del telescopio espacial del Hubble, estaba claro que Webb sería capaz de encontrar galaxias cada vez más distantes”. explica el astrónomo Peter Jakobsen de la Universidad de Copenhague en Dinamarca.
“Sin embargo, como lo demuestra el caso de GS-Z13-1, siempre iba a ser una sorpresa lo que podría revelar sobre la naturaleza de las estrellas nacientes y agujeros negros que se forman al borde de la época cósmica “.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.