Detectada una galaxia tan remota que su luz fue emitida 490 millones de años tras el big bang

Una galaxia (llamada MACS1149-JD1) con un corrimiento al rojo fotométrico de z = 9,6 ± 0,2, lo que indica una edad cósmica de unos 490 ± 15 millones de años (cuando el universo tenía el 3,6% de su edad actual). Aún así, no es la galaxia más antigua observada, ya que en enero de 2011 se publicó en Nature una con z ∼ 10 cuya luz se emitió unos 480 millones de años tras el big bang. El espectro de estas galaxias con z ∼ 10 no se puede determinar con los telescopios actuales y habrá que esperar al lanzamiento del James Webb Space Telescope (JWST), previsto para 2018. Las observaciones cosmológicas indican que el universo tiene 13700 millones de años y que la reionización del medio intergaláctico ocurrió alrededor de un corrimiento la rojo de z ∼ 11, momento en que aparecieron las primeras estrellas. Se han observado más de 10000 cuásares, pero solo uno con z > 7; miles de brotes de rayos gamma, pero solo uno está confirmado con z = 8,3; y se han observado miles de candidatos a galaxias con z ∼ 6, pero solo una con z ∼ 10. Las galaxias con z ∼ 10 tienen una magnitud óptica de ∼ 29, por debajo de los límites de observación en las imágenes de campo profundo del Hubble Space Telescope (HST) y más allá de la capacidad de los espectroscopios de los grandes telescopios (incluidos los de la próxima generación). Estas galaxias, por ahora, son solo candidatos a galaxias, ya que su espectro solo podrá ser obtenido gracias a JWST, que podrá confirmar de forma definitiva que realmente se trata de algunas de las primeras galaxias. El artículo técnico es Wei Zheng et al., “A highly magnified candidate for a young galaxy seen when the Universe was 500 Myrs old,” ArXiv:1204.2305, Submitted on 10 Apr 2012; nos lo ha contado Ron Cowen, “Infant galaxy offers tantalyzing peek at early Universe. Discovery hints at an unexpected cohort of baby star systems,” Nature News, 13 April 2012. Me he enterado de este último gracias a un tuit de Enrique Coperías ‏ @TapasDeCiencia: “Los astrónomos detectan una galaxia tan remota que su luz fue emitida 490 millones de años tras el big bang.” El título de esta entrada se basa en dicho tuit de Enrique.

¿Cómo es posible que se haya observado una galaxia cuya luz es tan débil? Gracias al efecto de lente gravitatoria debido a la materia oscura de los cúmulos galácticos. La inmensa masa de estos cúmulos desvía la luz y actúa como una “lente cósmica” que magnifica el brillo y el tamaño aparentes de las galaxias que se encuentran detrás, muchísimo más lejos (para la nueva galaxia MACS1149-JD1 se estima que la lente ha amplificado su brillo en un factor 15×). En galaxias con corrimientos  z ∼ 6 estas lentes gravitatorias permiten revelar muchos detalles morfológicos y realizar análisis de su espectro de luz, sobre todo gracias al telescopio espacial infrarrojo Spitzer. La combinación de observaciones ópticas con el Hubble e infrarrojas con el Spitzer permite estudiar algunas líneas espectrales y estimar el corrimiento z con precisión.

Ron Cowen en Nature News nos cuenta que Richard Ellis (California Institute of Technology in Pasadena) dice que lo más excitante del nuevo artículo no aparece dicho de forma explícita. El campo óptico observado es tan pequeño, que observar una nueva galaxia con z ∼ 10 indica que hay un número de galaxias con corrimientos al rojo tan grandes mucho mayor de lo que estimaban los astrónomos. La radiación ionizante de estas primeras galaxias tuvo un importante papel en la reionización que ocurrió en la edad oscura, cuando todo el universo estaba repleto de un gas oscuro y frío de hidrógeno (los electrones y los protones se combinaran en hidrógeno). Era una época oscura porque no había aún objetos luminosos. Esta fase se terminó cuando las primeras estrellas se formaron y su intensa radiación ultravioleta lentamente volvió a hacer trasparente el gas hidrógeno, al separar los átomos de hidrógeno en electrones y protones, un proceso conocido como reionización. Si el número de galaxias con z ∼ 10 es tan grande como parecen indicar los nuevos descubrimientos, esta época en la historia temprana del Universo tuvo que durar menos tiempo del que se pensaba lo que afectaría a nuestros modelos sobre la formación de grandes estructuras en el universo (claves para entender cosas tan importantes como la evolución temprana de la energía oscura).

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2 pensamientos en “Detectada una galaxia tan remota que su luz fue emitida 490 millones de años tras el big bang

  1. Perdona Francis, hay una cosa que no entiendo. Te cito:

    “La radiación ionizante de estas primeras galaxias tuvo un importante papel en la reionización que ocurrió en la edad oscura, cuando todo el universo estaba repleto de un gas oscuro y frío de hidrógeno (los electrones y los protones se combinaran en hidrógeno). Era una época oscura porque no había aún objetos luminosos.”

    ¿De qué estaban hechas estas galaxias si no había estrellas?

    Saludos y enhorabuena por la entrada

    • De materia oscura y gas neutro. La materia ordinaria por sí sola no puede soportar la presión de la radiación que se observa en el fondo cósmico de
      microondas. La materia oscura que sólo interacciona con la materia ordinaria por medio de la gravedad, va colapsando poco a poco. Posteriormente,
      cuando el universo se ha enfríado, y los primeros elementos se han formado, entonces, éstos colapsan también y se forman así las primeras estrellas,
      que son las que producen la radiación ionizante.

      Un saludo,

      Óscar

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