El Telescopio James Webb está cada vez más cerca de encontrar qué ioniza el universo

La representación de un artista de cómo se verían las primeras estrellas que iluminan el universo en el amanecer cósmico. Crédito de la imagen: Equipo científico de la NASA/WMAP

Los astrónomos han determinado que las llamadas galaxias «con fugas» pueden ser las responsables de desencadenar la última gran transición en nuestro universo, que condujo a la ionización del gas interestelar neutro.

Hace miles de millones de años, nuestro universo era mucho más pequeño y caliente de lo que es hoy. En tiempos muy remotos era tan pequeño y caliente que se encontraba en estado de plasma, donde los electrones se separaban de los núcleos atómicos. Pero cuando el universo tenía unos 380.000 años, se enfrió hasta el punto en que los electrones podían combinarse en sus núcleos, formando una sopa de átomos neutros.

Sin embargo, las observaciones del universo actual revelan que casi toda la materia del universo no es neutral en absoluto. En cambio, se ioniza, de nuevo en estado de plasma. Algo tuvo que suceder en los miles de millones de años intermedios para convertir el gas neutro del universo en un plasma ionizado. Los astrónomos llaman a este evento la Era de la Reionización y sospechan que ocurrió dentro de los primeros cientos de millones de años después del Big Bang. Pero no están seguros de cómo se desarrollará este evento transformador.

Uno de los debates más importantes en la cosmología moderna es la fuente de reionización. Una hipótesis es que los cuásares son los responsables. Los cuásares son los núcleos ultrabrillantes que rodean los agujeros negros supermasivos que emiten enormes cantidades de radiación de alta energía. Esta radiación fácilmente podría inundar el universo, convirtiéndolo de neutral a ionizante. El problema con esta hipótesis, sin embargo, es que los cuásares son relativamente raros, por lo que tienen dificultades para cubrir el tamaño del universo.

Otra hipótesis es que las galaxias jóvenes ricas en formación estelar son las culpables. En este escenario, el proceso de ionización de un gas neutro se extiende por todo el universo. Cada galaxia individual solo puede ionizar el gas en su vecindad cercana, pero dado que hay muchas galaxias, es posible volver a ionizar todo el universo. Pero la única forma de hacerlo es si se escapa suficiente radiación de alta energía de las galaxias hacia los alrededores.

Un equipo de astrónomos utilizó el telescopio espacial James Webb para investigar esta hipótesis. No pueden estudiar la radiación proveniente de las galaxias directamente, porque esa radiación es absorbida por miles de millones de años luz de materia entre nosotros y esas galaxias. Entonces, en cambio, tuvieron que buscar otras pistas. Usando la capacidad de James Webb para estudiar galaxias distantes, pudieron medir qué tan compactas son las galaxias y qué tan ricas son en formación de estrellas. Luego pudieron comparar estas galaxias con galaxias similares en el universo actual para crear una estimación de la cantidad de radiación que escapa de ellas.

Estiman que las galaxias en el universo primitivo filtraron en promedio aproximadamente el 12% de sus fotones de alta energía disponibles. Esto es suficiente para volver a ionizar todo el universo en un período de tiempo relativamente corto. Los resultados han sido publicados en la revista Astronomía y astrofísica.

Sin embargo, los resultados no son concluyentes debido a la cantidad de suposiciones que tuvieron que hacer los astrónomos. Pero sí señalan una dirección interesante para resolver este misterio cósmico de larga data.

más información:
S. Mascia et al, Aproximación a las fuentes de reionización cósmica: primeros resultados del programa GLASS-JWST, Astronomía y astrofísica (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202345866

Información del diario:
Astronomía y astrofísica


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