En el universo primitivo, el gas entre las estrellas y las galaxias era opaco: la luz estelar no podía penetrar en él. Pero mil millones de años después del Big Bang, el gas se había vuelto completamente transparente. ¿Por qué? Nuevos datos del telescopio espacial James Webb de la NASA han descubierto la razón: Las estrellas de las galaxias emitieron luz suficiente para calentar e ionizar el gas que las rodeaba, despejando nuestra visión colectiva durante cientos de millones de años. Esta investigación también utilizó observaciones realizadas con los Telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas, de la Institución Carnegie para la Ciencia.
Los resultados, obtenidos por un equipo de investigación dirigido por Simon Lilly, de la ETH Zürich (Suiza), son los más recientes sobre un periodo de tiempo conocido como la Era de la Reionización, en la que el universo experimentó cambios drásticos. Tras el Big Bang, el gas del universo era increíblemente caliente y denso. A lo largo de cientos de millones de años, el gas se enfrió. Entonces, el universo se "repitió". El gas volvió a calentarse e ionizarse, probablemente debido a la formación de las primeras estrellas en las galaxias, y durante millones de años se volvió transparente.
Los investigadores llevan mucho tiempo buscando pruebas definitivas que expliquen estas transformaciones. Los nuevos resultados descorren el telón del final de este período de reionización. "Webb no sólo muestra claramente que estas regiones transparentes se encuentran alrededor de las galaxias, sino que también hemos medido su tamaño", explica Daichi Kashino, de la Universidad de Nagoya (Japón), autor principal del primer artículo del equipo. "Con los datos de Webb, estamos viendo cómo las galaxias reionizan el gas que las rodea".
Hace más de 13.000 millones de años, durante la Era de la Reionización, el universo era un lugar muy diferente. El gas entre las galaxias era en gran medida opaco a la luz energética, lo que dificultaba la observación de las galaxias jóvenes. ¿Qué permitió que el universo se ionizara por completo, dando lugar a las condiciones "claras" detectadas en gran parte del universo actual? Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han descubierto que las galaxias son las principales responsables. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)
Estas regiones de gas transparente son gigantescas en comparación con las galaxias: imaginemos un globo aerostático con un guisante suspendido en su interior. Los datos de Webb muestran que estas galaxias relativamente diminutas impulsaron la reionización, despejando regiones masivas de espacio a su alrededor. Durante los siguientes cientos de millones de años, estas "burbujas" transparentes siguieron creciendo hasta fusionarse y hacer que todo el universo se volviera transparente.
El equipo de Lilly apuntó intencionadamente a un momento justo antes del final de la Era de Reionización, cuando el universo no era del todo claro ni opaco: contenía un mosaico de gas en diversos estados. Los científicos apuntaron Webb en dirección a un cuásar -un agujero negro supermasivo activo extremadamente luminoso que actúa como una enorme linterna-, destacando el gas entre el cuásar y nuestros telescopios.
A medida que la luz del cuásar viajaba hacia nosotros a través de las distintas zonas de gas, era absorbida por el gas opaco o se desplazaba libremente a través del gas transparente. Los revolucionarios resultados del equipo sólo fueron posibles combinando los datos de Webb con observaciones del cuásar central realizadas por el Observatorio W. M. Keck de Hawai, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y el Telescopio Magallanes del Observatorio de Las Campanas, ambos en Chile. "Al iluminar el gas a lo largo de nuestra línea de visión, el cuásar nos proporciona amplia información sobre la composición y el estado del gas", explicó Anna-Christina Eilers, del MIT en Cambridge (Massachusetts), autora principal de otro artículo del equipo.
A continuación, los investigadores utilizaron Webb para identificar las galaxias cercanas a esta línea de visión y demostraron que, en general, las galaxias están rodeadas de regiones transparentes de unos 2 millones de años luz de radio. En otras palabras, Webb fue testigo de galaxias en proceso de despejar el espacio a su alrededor al final de la Era de Reionización. Para poner esto en perspectiva, el área que estas galaxias han despejado es aproximadamente la misma distancia que el espacio entre nuestra Vía Láctea y nuestro vecino más cercano, Andrómeda.
Hasta ahora, los investigadores no disponían de esta prueba definitiva de la causa de la reionización; antes del Webb, no sabían con certeza cuál era la responsable.
¿Qué aspecto tienen estas galaxias? "Son más caóticas que las del universo cercano", explica Jorryt Matthee, también de ETH Zürich y autor principal del segundo artículo del equipo. "Webb demuestra que estaban formando estrellas activamente y que debieron de disparar muchas supernovas. Tuvieron una juventud bastante aventurera".
Eilers utilizó los datos de Webb para confirmar que el agujero negro del cuásar situado en el centro de este campo es el más masivo que se conoce actualmente en el universo primitivo, con un peso 10.000 millones de veces superior a la masa del Sol. "Todavía no podemos explicar cómo los cuásares pudieron crecer tanto en una época tan temprana de la historia del universo", explica. "¡Ese es otro enigma por resolver!". Las exquisitas imágenes de Webb tampoco revelaron indicios de que la luz del cuásar hubiera sufrido una lente gravitatoria, lo que garantiza que las mediciones de masa son definitivas.
El equipo se sumergirá pronto en la investigación sobre galaxias en cinco campos adicionales, cada uno de ellos anclado por un cuásar central. Los resultados obtenidos por Webb en el primer campo fueron tan abrumadoramente claros que no pudieron esperar a compartirlos. "Esperábamos identificar unas pocas docenas de galaxias que existieron durante la Era de la Reionización, pero pudimos distinguir fácilmente 117", explica Kashino. "Webb ha superado nuestras expectativas".
Fuente: NASA
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