Utilizando la sensibilidad infrarroja única del telescopio espacial James Webb de la NASA, los investigadores pueden examinar galaxias antiguas para sondear los secretos del universo primitivo. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha identificado la emisión de hidrógeno brillante de una galaxia en un momento inesperadamente temprano en la historia del universo. El sorprendente hallazgo está desafiando a los investigadores a explicar cómo esta luz podría haber perforado la espesa niebla de hidrógeno neutro que llenaba el espacio en ese momento.
El telescopio Webb descubrió la increíblemente distante galaxia JADES-GS-z13-1, que se observó que existía solo 330 millones de años después del Big Bang, en imágenes tomadas por la NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) de Webb como parte del Telescopio Espacial James Webb Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Los investigadores utilizaron el brillo de la galaxia en diferentes filtros infrarrojos para estimar su corrimiento al rojo, que mide la distancia de una galaxia a la Tierra en función de cómo se ha estirado su luz durante su viaje a través del espacio en expansión.
Imagen A: JADES-GS-z13-1 en el campo GOODS-S (Imagen NIRCam)
Imagen B: JADES-GS-z13-1 (Primer plano de NIRCam)
Las imágenes de NIRCam arrojaron una estimación inicial de corrimiento al rojo de 12,9. Buscando confirmar su corrimiento al rojo extremo, un equipo internacional dirigido por Joris Witstok de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, así como el Centro del Amanecer Cósmico y la Universidad de Copenhague en Dinamarca, observaron la galaxia utilizando el instrumento Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Webb.
En el espectro resultante, se confirmó que el corrimiento al rojo era de 13,0. Esto equivale a una galaxia vista solo 330 millones de años después del Big Bang, una pequeña fracción de la edad actual del universo de 13.800 millones de años. Pero también se destacó una característica inesperada: una longitud de onda de luz específica y claramente brillante, conocida como emisión Lyman-alfa, radiada por átomos de hidrógeno. Esta emisión fue mucho más fuerte de lo que los astrónomos creían posible en esta etapa temprana del desarrollo del universo.
"El universo primitivo estaba bañado por una espesa niebla de hidrógeno neutro", explicó Roberto Maiolino, miembro del equipo de la Universidad de Cambridge y el University College de Londres. "La mayor parte de esta neblina se levantó en un proceso llamado reionización, que se completó unos mil millones de años después del Big Bang. GS-z13-1 se ve cuando el universo tenía solo 330 millones de años, sin embargo, muestra una firma sorprendentemente clara y reveladora de emisión Lyman-alfa que solo se puede ver una vez que la niebla circundante se ha levantado por completo. Este resultado fue totalmente inesperado para las teorías de la formación temprana de galaxias y ha tomado por sorpresa a los astrónomos".
Imagen C: JADES-GS-z13-1 Spectrum Graphic
Antes y durante la era de la reionización, las inmensas cantidades de niebla de hidrógeno neutro que rodeaban a las galaxias bloqueaban cualquier luz ultravioleta energética que emitieran, al igual que el efecto de filtrado del vidrio coloreado. Hasta que se hubieran formado suficientes estrellas y fueran capaces de ionizar el gas hidrógeno, ninguna de esas luces, incluida la emisión Lyman-alfa, podría escapar de estas galaxias incipientes para llegar a la Tierra. La confirmación de la radiación Lyman-alfa de esta galaxia, por lo tanto, tiene grandes implicaciones para nuestra comprensión del universo primitivo.
"Realmente no deberíamos haber encontrado una galaxia como esta, dada nuestra comprensión de la forma en que el universo ha evolucionado", dijo Kevin Hainline, miembro del equipo de la Universidad de Arizona. "Podríamos pensar en el universo primitivo como envuelto en una espesa niebla que haría extremadamente difícil encontrar incluso faros poderosos asomándose a través de él, sin embargo, aquí vemos el haz de luz de esta galaxia perforando el velo. Esta fascinante línea de emisión tiene enormes ramificaciones sobre cómo y cuándo se reionizó el universo".
La fuente de la radiación Lyman-alfa de esta galaxia aún no se conoce, pero puede incluir la primera luz de la primera generación de estrellas que se formó en el universo.
"La gran burbuja de hidrógeno ionizado que rodea esta galaxia podría haber sido creada por una población peculiar de estrellas, mucho más masivas, más calientes y más luminosas que las estrellas formadas en épocas posteriores, y posiblemente representativas de la primera generación de estrellas", dijo Witstok. Un poderoso núcleo galáctico activo, impulsado por uno de los primeros agujeros negros supermasivos, es otra posibilidad identificada por el equipo.
Esta investigación fue publicada el miércoles en la revista Nature.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y sondeando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA junto a sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
