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 fotones que volaban libremente en el temprano amanecer cósmico procedían de pequeñas galaxias enanas que cobraron vida, disipando la brumosa niebla de hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico. nuevo papel La información sobre la investigación se publicó en febrero.

«Este descubrimiento revela el papel crucial desempeñado por las galaxias ultra débiles en la evolución del Universo temprano». dijo la astrofísica Iryna Chemerynska del Instituto de Astrofísica de París.

“Producen fotones ionizantes que transforman el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Esto pone de relieve la importancia de comprender las galaxias de baja masa a la hora de dar forma a la historia del Universo. »

Al comienzo del Universo, unos minutos después del Big Bang, el espacio se llenó de una densa y caliente niebla de plasma ionizado. La poca luz que había allí no habría podido atravesar esta niebla; los fotones simplemente se habrían dispersado entre los electrones libres que flotaban 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 algo de helio). La mayoría de las longitudes de onda de luz podían atravesar este medio neutro, pero había muy pocas fuentes de luz para producirlas. Pero de este hidrógeno y helio nacieron las primeras estrellas.

Estas primeras estrellas emitieron radiación lo suficientemente potente como para desprender electrones de su núcleo y reionizar el gas. Pero en ese momento, el Universo se había expandido tanto que el gas era difuso y ya no podía bloquear el brillo de la luz. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el final del período conocido como amanecer cósmico, el Universo quedó completamente reionizado. ¡Y ahí lo tienes! Las luces estaban encendidas.

Pero debido a que el amanecer cósmico es tan oscuro y distante en el tiempo y el espacio, tenemos dificultades para ver lo que hay en su interior. Los científicos creían que las fuentes responsables de la mayor parte de esta iluminación debían ser poderosas: enormes agujeros negros cuya acreción produce una luz deslumbrante, por ejemplo, y grandes galaxias en formación de estrellas (las estrellas jóvenes producen mucha luz ultravioleta).

El JWST fue diseñado, en parte, para observar el amanecer cósmico y tratar de ver qué se esconde allí. Fue un gran éxito y reveló todo tipo de sorpresas sobre este período crucial en la formación de nuestro Universo. Sorprendentemente, las observaciones del telescopio sugieren ahora que las galaxias enanas son el actor clave en la reionización.

Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atek del Instituto de Astrofísica de París se basó en datos JWST de un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744, respaldados por datos del telescopio Hubble. Abell 2744 es tan denso que el espacio-tiempo se deforma a su alrededor, formando una lente cósmica; cualquier luz distante que viaje hacia nosotros a través de este espacio-tiempo se amplifica. Esto permitió a los investigadores observar pequeñas galaxias enanas cerca del amanecer cósmico.

Luego utilizaron JWST 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 100 veces, y su producción colectiva es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias más grandes.

«Estas potencias cósmicas emiten colectivamente energía más que suficiente para hacer su trabajo». Atek dijo“A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa son prolíficas productoras de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan sustancial que su influencia colectiva puede transformar todo el estado del Universo. »

Esta es la mejor evidencia hasta el momento de la fuerza detrás de la reionización, pero aún queda trabajo por hacer. Los investigadores examinaron una pequeña parte del cielo; necesitan asegurarse de que su muestra no sea sólo un cúmulo anómalo de galaxias enanas, sino que sea representativa de toda la población del amanecer cósmico.

Planean estudiar más regiones de lentes cósmicas en el cielo para obtener una muestra más amplia de las primeras poblaciones galácticas. Pero sólo con esta muestra, los resultados son increíblemente interesantes. Los científicos han estado buscando respuestas sobre la reionización desde que la conocemos. Estamos a punto de despejar finalmente esta niebla.

«Ahora hemos entrado en territorio inexplorado con el JWST», dijo el astrofísico Themiya Nanayakkara de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia.

“Este trabajo abre preguntas aún más interesantes que debemos responder en nuestros esfuerzos por rastrear la historia evolutiva de nuestros inicios. »

La investigación fue publicada en Naturaleza.

Una versión de este artículo se publicó originalmente en marzo de 2024.