Finalmente sabemos qué trajo la luz al vacío oscuro y informe del Universo primitivo.

Según datos de los telescopios espaciales Hubble y James Webb (JWST), los orígenes de los fotones que volaban libremente en los albores del amanecer cósmico fueron pequeñas galaxias enanas que cobraron vida, despejando la turbia niebla de hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico.

La astrofísica Iryna Chemerynska del Instituto de Astrofísica de París informó:

“Este descubrimiento revela el papel crucial que desempeñaron las galaxias ultradébiles en la evolución del Universo temprano.

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”.

En el Universo temprano, pocos minutos después del Big Bang , el espacio se llenó de una neblina densa y caliente de plasma ionizado. La poca luz que había no habría penetrado esta niebla; los fotones simplemente se habrían dispersado lejos de los electrones flotantes libres, 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 la luz podían atravesar este medio neutro, pero había muy pocas fuentes de luz para producirla. Pero de este hidrógeno y helio nacieron las primeras estrellas.

Estas primeras estrellas emitieron radiación lo suficientemente fuerte como para arrancar electrones de sus núcleos y reionizar el gas. En este punto, sin embargo, el Universo se había expandido tanto que el gas era difuso y no podía impedir que la luz brillara a través de él. Unos miles de millones de años después del Big Bang , el final del período conocido como amanecer cósmico, el Universo quedó completamente reionizado. ¡Ta-da! Las luces estaban encendidas.

Pero debido a que hay tanta oscuridad en el amanecer cósmico, y debido a que es tan oscuro y distante en el tiempo y el espacio, hemos tenido dificultades para ver lo que hay allí. Los científicos pensaron que las fuentes responsables de la mayor parte de la limpieza debían haber sido poderosas: enormes agujeros negros cuya acreción produce una luz deslumbrante, por ejemplo, y grandes galaxias en proceso de formación estelar (las estrellas jóvenes producen mucha luz ultravioleta).

JWST fue diseñado, en parte, para mirar el amanecer cósmico y tratar de ver qué se esconde en su interior. Ha tenido mucho éxito y ha revelado todo tipo de sorpresas sobre este momento crucial en la formación de nuestro Universo. Sorprendentemente, las observaciones telescópicas sugieren ahora que las galaxias enanas son las principales protagonistas de la reionización.

Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atek del Instituto de Astrofísica de París recurrió a los datos del JWST sobre un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744, respaldados por datos del 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 magnifica. Esto permitió a los investigadores ver pequeñas galaxias enanas cercanas al 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 una proporción de 100 a 1, y su producción colectiva es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias más grandes.

Atek dijo:

“Estas potencias cósmicas emiten colectivamente energía más que suficiente para realizar el trabajo. 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”.

Es la mejor evidencia de la fuerza detrás de la reionización, pero aún queda trabajo por hacer. Los investigadores observaron una pequeña parte del cielo; necesitan estar seguros de que su muestra no es sólo un cúmulo anómalo de galaxias enanas, sino una muestra representativa de toda la población en el amanecer cósmico.

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

El astrofísico Themiya Nanayakkara de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia dijo:

“Ahora hemos entrado en territorio desconocido con JWST.

Este trabajo abre preguntas más interesantes que debemos responder en nuestros esfuerzos por rastrear la historia evolutiva de nuestros comienzos”.

F