¿Por qué hay hidrógeno en el Universo primitivo?
El telescopio Webb ha dado explicación a por qué se
detecta en el universo temprano luz de átomos de hidrógeno que deberían haber
quedado bloqueados por el gas prístino formado tras el Big-Bang.
El instrumento NIRCam instalado en el telescopio
espacial ha revelado por primera vez objetos pequeños y débiles que rodean las
mismas galaxias que muestran esta "inexplicable" emisión de
hidrógeno. En combinación con simulaciones modernas de galaxias en el Universo
temprano, las observaciones han demostrado que la fusión caótica de estas
galaxias vecinas es la fuente de esta emisión de hidrógeno.
La luz viaja a una velocidad finita (300.000
kilómetros por segundo), lo que significa que cuanto más lejos está una
galaxia, más tiempo le toma a su luz llegar a nuestro Sistema Solar. Como
resultado, las observaciones de las galaxias más distantes no sólo exploran los
confines del Universo, sino que también nos permiten estudiar el Universo tal
como era en el pasado.
Para estudiar el Universo primitivo, los astrónomos
necesitan telescopios excepcionalmente potentes que sean capaces de observar
galaxias muy distantes y, por tanto, muy débiles. Una de las capacidades clave
de Webb es su capacidad para observar esas galaxias muy distantes y, por tanto,
investigar la historia temprana del Universo. Un equipo internacional de
astrónomos ha aprovechado de manera excelente la asombrosa capacidad de Webb
para resolver un antiguo misterio de la astronomía.
Las galaxias más antiguas fueron lugares de
formación estelar vigorosa y activa y, como tales, eran fuentes ricas de un
tipo de luz emitida por átomos de hidrógeno llamada emisión Lyman-alfa. Sin
embargo, durante la época de la reionización una inmensa cantidad de gas
hidrógeno neutro rodeó estas áreas de formación estelar activa (también
conocidas como viveros estelares). Además, el espacio entre galaxias estaba
lleno de más gas neutro que en la actualidad.
El gas puede absorber y dispersar muy eficazmente
este tipo de emisión de hidrógeno, por lo que los astrónomos han predicho desde
hace tiempo que la abundante emisión de Lyman-alfa liberada en el Universo
temprano no debería ser observable en la actualidad. Sin embargo, esta teoría
no siempre ha resistido el escrutinio, ya que los astrónomos ya han observado
ejemplos de emisiones muy tempranas de hidrógeno. Esto ha presentado un
misterio: ¿cómo es posible que se esté observando esta emisión de hidrógeno,
que hace mucho tiempo debería haber sido absorbida o dispersada? explica en un
comunicado Callum Witten, investigador de la Universidad de Cambridge e
investigador principal del nuevo estudio.
Una de las cuestiones más desconcertantes que
presentaron observaciones anteriores fue la detección de luz procedente de
átomos de hidrógeno en el Universo temprano, que debería haber sido
completamente bloqueada por el prístino gas neutro que se formó después del
Big-Bang. Anteriormente se han sugerido muchas hipótesis para explicar el gran
escape de esta emisión "inexplicable".
El avance del equipo se produjo gracias a las
observaciones con el instrumento NIRCam de Webb, que pudieron resolver galaxias
más pequeñas y débiles que rodean a las galaxias brillantes desde las que se
había detectado la "inexplicable" emisión de hidrógeno.
En otras palabras, los alrededores de estas galaxias
parecen ser un lugar mucho más concurrido de lo que pensábamos anteriormente,
lleno de galaxias pequeñas y débiles. Fundamentalmente, estas galaxias más
pequeñas interactuaban y se fusionaban entre sí, y Webb ha revelado que las
fusiones de galaxias desempeñan un papel importante a la hora de explicar la
misteriosa emisión de las galaxias más antiguas, añade Sergio Martín-Álvarez,
miembro del equipo de la Universidad de Stanford.
"Donde Hubble veía sólo una galaxia grande,
Webb ve un cúmulo de galaxias más pequeñas interactuando, y esta revelación ha
tenido un enorme impacto en nuestra comprensión de la inesperada emisión de
hidrógeno de algunas de las primeras galaxias".
Luego, el equipo utilizó simulaciones por
computadora de última generación para explorar los procesos físicos que podrían
explicar sus resultados. Descubrieron que la rápida acumulación de masa estelar
a través de fusiones de galaxias impulsó una fuerte emisión de hidrógeno y
facilitó el escape de esa radiación a través de canales libres del abundante
gas neutro. Por lo tanto, la alta tasa de fusión de galaxias más pequeñas no
observadas anteriormente presentó una solución convincente al antiguo enigma de
la "inexplicable" emisión temprana de hidrógeno.
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