La fuerza misteriosa que despejó la niebla cósmica al amanecer del universo podría no ser lo que pensábamos, sugiere un nuevo estudio. Los resultados insinúan que los astrónomos podrían necesitar replantear un aspecto importante de la evolución cosmológica, que nos llevó al universo que claramente vemos hoy.
Alrededor de 400,000 años después del Big Bang, el joven universo finalmente se enfrió lo suficiente para formar átomos —principalmente hidrógeno. Pero estos átomos de hidrógeno neutros y sin carga eléctrica envolvíeron el cosmos en una neblina que lo volvía opaco a la luz ultravioleta (UV).
Luego, tras que las primeras estrellas parpadearon e se agruparon en galaxias, destellos de radiación ionizaron el hidrógeno neutral. Esto convirtió la niebla impenetrable de átomos en protones y electrones con carga eléctrica, permitiendo que la luz atravesara el espacio intergaláctico sin impedimentos y, finalmente, llegara a nuestros observatorios. Este apartamiento del telón cósmico se conoce como la Época de Reionización, o lo que un equipo de investigadores que la estudia llama “la última gran transición de fase en el universo”.
“No sabemos exactamente qué objetos causaron la reionización o cómo evolucionó”, Cody Carr, astrónomo enfocado en la evolución de galaxias en la Universidad de Michigan y primer autor de un nuevo estudio sobre la época, dijo en un comunicado. “Sabemos que ocurrió, pero no tenemos respuestas completas a esas preguntas.”
Los astrofísicos previamente creían que este efecto para despejar la niebla dependía de las supernovas, las muertes explosivas violentas de estrellas entre aproximadamente ocho y 50 veces la masa del Sol.
Pero en el nuevo estudio, publicado el 15 de octubre en la revista Nature Astronomy, Carr y sus colegas presentaron evidencia de que las supernovas ejercieron el efecto opuesto, atrapando los llamados fotones del continuo de Lyman (LyC) de la radiación UV ionizante que dispersó la niebla celestial en lugar de dispersarla.
“Lo más interesante de nuestro artículo es la observación de que los emisores más fuertes de LyC no tienen vientos galácticos rápidos”, dijo Carr a Live Science por correo. “Esto desafía la idea de que las galaxias requieren vientos rápidos impulsados por supernovas para permitir la fuga de LyC.”
Por dónde soplan los vientos
Los investigadores usaron el Telescopio Espacial Hubble para observar un análogo del antiguo universo en el cosmos local: seis galaxias en formación estelar y que generan vientos, a unos 3,5 mil millones de años luz de distancia.
Estas galaxias compactas de estallido estelar suelen medir menos de 6,500 años luz de diámetro y forman alrededor de 10 masas solares de estrellas por año. Esa tasa de formación estelar es varias veces mayor que la de la Vía Láctea, que es hasta 20 veces mayor.
Los espectros de las galaxias, o sus huellas basadas en la luz, revelaron el origen, la composición química, la velocidad y la dirección de sus vientos estelares, que fueron azotados por la radiación de sus estrellas recién formadas.
Los investigadores también describieron cómo estos procesos cambiaron a medida que las estrellas masivas jóvenes evolucionaron y murieron en explosiones supernovales energéticas varios miles de millones de años después, con los vientos galácticos resultantes dominando sobre los vientos estelares.
Estas galaxias cercanas destacaron un proceso de dos fases contraintuitivo.
En la fase inicial, que ocurrió durante los primeros 3 millones de años de formación estelar, los vientos estelares de las nuevas estrellas masivas tallaron a través del gas y el polvo neutros de sus galaxias a casi 2,000 millas por segundo (3,000 kilómetros por segundo). Esto permitió que la luz LyC escapara de la galaxia e ionizara el gas y polvo neutros en el espacio intergaláctico.
La segunda fase, que emergió alrededor de los 3 millones de años después de la formación estelar, pareció invertir este proceso. A medida que las estrellas de tipo O —las más calientes, azules y más masivas del cosmos— vivieron rápido y murieron jóvenes, sus entrañas estelares expulsadas se sumaron al gas y polvo galácticos opacos, agitándolo y cargándolo de masa, lo que creó una trampa para la luz LyC.
Las galaxias más antiguas de este estudio —y, por ende, las que tenían los vientos galácticos impulsados por supernovas más fuertes— permitieron escapar la menor cantidad de radiación ionizante a su entorno.
“En general, nuestros resultados están en desacuerdo con la mayoría de simulaciones cosmológicas, que típicamente muestran que la fracción de escape de LyC alcanza su pico después del lanzamiento de vientos impulsados por supernovas”, explicó Carr por correo. “En otras palabras, las supernovas no impulsaron la Época de Reionización, pero podrían haberla amortiguado. La intensa luz de las estrellas recién formadas ahora parece ser la fuente más viable de la reionización.”
La investigación futura podría apuntar a obtener muestras galácticas adicionales y observaciones de mayor resolución en otros rangos de longitudes de onda.
