Galaxias y reionización del universo: El VLT en ayuda de los astrónomos

Un equipo internacional de astrónomos utilizó el Very Large Telescope como una máquina del tiempo con la que poder observar los comienzos del universo y observar varias galaxias de las más distantes jamás detectadas. Los astrónomos fueron capaces de medir sus distancias con precisión y definir que estas galaxias que vemos hoy como lo fueron hace entre 780 millones y mil millones de años después del Big Bang. Las nuevas observaciones han permitido a los astrónomos establecer por primera vez una secuencia cronológica de lo que se conoce como el período de re-ionización. Durante esta fase, la niebla de hidrógeno neutro en el universo temprano se levantó, permitiendo que la luz ultravioleta pudiera propagarse sin incidentes.

Los nuevos hallazgos, que se publicarán en el Astrophysical Journal, se basan en una búsqueda sistemática de galaxias lejanas que ha realizado el equipo de investigadores utilizando el VLT a lo largo de los últimos tres años.

Los arqueólogos pueden reconstruir una cronología del pasado a través de los restos que encuentran en las diferentes capas del suelo. Los astrónomos pueden hacer algo mejor: pueden mirar en el pasado distante y observar la tenue luz de las galaxias en diferentes etapas de la evolución cósmica“, dice Adriano Fontana, del Observatorio Astronómico de Roma (INAF), que dirigió el proyecto . “Las diferencias entre las galaxias nos hablan de las condiciones cambiantes en el universo durante este importante período, y también, de la rapidez con que estos cambios se han producido“.

Los diversos elementos químicos brillan intensamente con sus característicos colores. Estos picos se conocen como líneas de emisión de luz. Una de las líneas más fuertes de emisión ultravioleta es la Lyman-alfa, que proviene del hidrógeno ionizado. Esta línea es muy brillante y lo suficientemente reconocible como para ser vista incluso en las observaciones de galaxias muy débiles y distante.

La mancha roja en el centro de la imagen tomada por el VLT muestra la galaxia NTTDF-474. Es parte de la muestra de objetos distantes que se han utilizado para aclarar la cronología de la reionización del universo que han datado en 13 millones de años

La mancha roja en el centro de la imagen tomada por el VLT muestra la galaxia NTTDF-474. Es parte de la muestra de objetos distantes que se han utilizado para aclarar la cronología de la reionización del universo que han datado en 13 millones de años. © ESO / L. Pentericci

Afinando la cronología

Localizando la línea Lyman-alpha en cinco galaxias muy lejanas ha permitido al equipo dos cosas: en primer lugar, observar cómo la línea había sido trasladada a la parte roja del espectro, siendo capaces de determinar las distancias de galaxias, y por lo tanto, cuánto tiempo después del Big Bang viajaron. Esto les permitió ponerlas en orden y crear una línea de tiempo que muestra cómo la luz de las galaxias ha evolucionado con el tiempo.

En segundo lugar, pudieron ver cómo la línea de emisión Lyman-alfa – que dota de hidrógeno a las galaxias brillantes – fue reabsorbida por la niebla de hidrógeno neutro en el espacio intergaláctico en diferentes puntos en el tiempo. “Vemos una gran diferencia en la cantidad de luz ultravioleta que es bloqueada entre las primeras galaxias y la última de la muestra“, dijo Laura Pentericci del Observatorio Astronómico de Roma, INAF, autora principal del artículo científico. Cuando el universo tenía sólo 780 millones años, el hidrógeno neutro era bastante abundante y ocupaba entre el 10 y el 50% del volumen del universo. Sin embargo, sólo 200 millones de años después de la cantidad de hidrógeno neutro se ha reducido a niveles muy bajos, similar a lo que vemos hoy en día. Parece que la fase de re-ionización tuvo que ocurrir más rápido de lo que los astrónomos habían pensado antes”.

Al mismo tiempo, se ha permitido sondear la velocidad a la que se ha aclarado la niebla de hidrógeno, las observaciones del equipo también se refirieron a la probable fuente de luz ultravioleta, que proporciona la energía necesaria para la ocurrencia de la re-ionización . Hay varias teorías sobre de donde provino esta luz: los dos principales candidatos son la primera generación de estrellas en el universo y la intensa radiación emitida por la materia cuando cae en un agujero negro. “El análisis detallado de la luz débil de dos de las galaxias más distantes que encontramos sugiere que la primera generación de estrellas podría haber contribuido a la producción de energía observada“, dice Eros Vanzella del Observatorio de Trieste , un miembro del equipo de investigación. “Fueron estrellas masivas muy jóvenes, alrededor de cinco mil veces más jovenes que el Sol y cientos de veces más masivas. Pueden haber sido capaces de disipar la niebla primorcial“.

El E-ELT, el futuro rey de los telescopios

Las mediciones de gran precisión servirán para confirmar o refutar esta hipótesis y muestran que las estrellas pueden producir la energía necesaria, requieren observaciones desde el espacio, o desde el E-ELT, del proyecto en la ESO , que será “el ojo en el cielo” más grande del mundo cuando esté terminado a principios de la próxima década. El estudio de este primer periodo de la historia cósmica es técnicamente difícil ya que requiere observaciones precisas de galaxias muy lejanas y débiles, una tarea que puede llevarse a cabo únicamente con los telescopios más potentes. Para este estudio, el equipo utilizó el poder de la luz recogida de grandes telescopios de 8,2 metros del VLT para realizar observaciones espectroscópicas, apuntando a las primeras galaxias que habían sido identificados por el telescopio espacial Hubble y a partir de imágenes del telescopio VLT.

Esta visión artística representa el universo de hace mil millones de años después del Big Bang, cuando empezó a hacerse transparente a los rayos ultravioleta

Esta visión artística representa el universo de hace mil millones de años después del Big Bang, cuando empezó a hacerse transparente a los rayos ultravioleta. © ESO / M. Kornmesser

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