En su búsqueda de aprender cómo nació nuestro Universo, los científicos han investigado muy profundamente en el espacio (y por lo tanto, muy atrás en el tiempo). En última instancia, su objetivo es determinar cuándo se formaron las primeras galaxias en nuestro Universo y qué efecto tuvieron en la evolución cósmica. Los esfuerzos recientes para localizar estas primeras formaciones han explorado distancias de hasta 13 mil millones de años luz de la Tierra, es decir, aproximadamente mil millones de años después del Big Bang.
A partir de esto, los científicos ahora pueden estudiar cómo las galaxias tempranas afectaron la materia a su alrededor, en particular, la reionización de átomos neutros. Desafortunadamente, la mayoría de las primeras galaxias son muy débiles, lo que dificulta el estudio de sus interiores. Pero gracias a una encuesta reciente realizada por un equipo internacional de astrónomos, se detectó una galaxia masiva y más luminosa que podría proporcionar una visión clara de cómo las primeras galaxias condujeron a la reionización.
El estudio que detalla sus hallazgos, titulado "Propiedades de ISM de una galaxia masiva de formación de estrellas polvorienta descubierta en z ~ 7 ", se publicó recientemente en The Astrophysical Journal Letters.Dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, el equipo se basó en datos de la encuesta del telescopio del Polo Sur (SPT) -SZ y ALMA para detectar una galaxia que existió hace 13 mil millones de años (solo 800 millones de años después el Big Bang).
De acuerdo con el modelo de cosmología Big Bang, la reionización se refiere al proceso que tuvo lugar después del período conocido como la "Edad Media". Esto ocurrió entre 380,000 y 150 millones de años después del Big Bang, donde la mayoría de los fotones del Universo estaban interactuando con electrones y protones. Como resultado, la radiación de este período es indetectable por nuestros instrumentos actuales, de ahí su nombre.
Justo antes de este período, ocurrió la "Recombinación", donde los átomos de hidrógeno y helio comenzaron a formarse. Inicialmente ionizadas (sin electrones unidos a sus núcleos), estas moléculas capturaron iones gradualmente a medida que el Universo se enfriaba, volviéndose neutro. Durante el período que siguió, es decir, entre 150 millones y mil millones de años después del Big Bang, la estructura a gran escala del Universo comenzó a formarse.
Intrínseco a esto fue el proceso de reionización, donde se formaron las primeras estrellas y cuásares y su radiación reionizó el Universo circundante. Por lo tanto, está claro por qué los astrónomos quieren investigar esta era del Universo. Al observar las primeras estrellas y galaxias, y qué efecto tuvieron en el cosmos, los astrónomos obtendrán una imagen más clara de cómo este período inicial condujo al Universo tal como lo conocemos hoy.
Afortunadamente para el equipo de investigación, se sabe que las galaxias masivas y formadoras de estrellas de este período contienen una gran cantidad de polvo. Si bien son muy débiles en la banda óptica, estas galaxias emiten una fuerte radiación en longitudes de onda submilimétricas, lo que las hace detectables utilizando los telescopios avanzados de hoy en día, incluido el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Experimento del Buscador de Atacama (APEX) y el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) )
En aras de su estudio, Strandet y Weiss se basaron en datos del SPT para detectar una serie de galaxias polvorientas del Universo temprano. Como Maria Strandet y Axel Weiss del Instituto Max Planck para Radio Astronomía (y el autor principal y coautores del estudio, respectivamente) le dijeron a Space Magazine por correo electrónico:
“Hemos utilizado luz de aproximadamente 1 mm de longitud de onda, que puede observarse con telescopios de mm como SPT, APEX o ALMA. A esta longitud de onda, los fotones son producidos por la radiación térmica del polvo. La belleza de usar esta longitud de onda larga es que, para un amplio rango de desplazamiento al rojo (mirar hacia atrás), la atenuación de las galaxias [causada] por el aumento de la distancia se compensa con el desplazamiento al rojo, por lo que la intensidad observada es independiente del desplazamiento al rojo. Esto se debe a que, para galaxias de desplazamiento al rojo más altas, uno está mirando longitudes de onda intrínsecamente más cortas (por (1 + z)) donde la radiación es más fuerte para un espectro térmico como el espectro de polvo ".
Esto fue seguido por datos de ALMA, que el equipo utilizó para determinar la distancia de las galaxias al observar la longitud de onda desplazada al rojo de las moléculas de monóxido de carbono en sus medios interestelares (ISM). De todos los datos que recopilaron, pudieron restringir las propiedades de una de estas galaxias, SPT0311-58, al observar sus líneas espectrales. Al hacerlo, determinaron que esta galaxia existía solo 760 millones de años después del Big Bang.
"Dado que la intensidad de la señal a 1 mm es independiente del desplazamiento al rojo (mirar hacia atrás), no tenemos una pista a priori si un objeto está relativamente cerca (en el sentido cosmológico) o en la época de la reionización", dijeron. “Es por eso que realizamos una gran encuesta para determinar los desplazamientos al rojo a través de la emisión de líneas moleculares utilizando ALMA. SPT0311-58 resulta ser el objeto de desplazamiento al rojo más alto descubierto en esta encuesta y, de hecho, la galaxia masiva polvorienta masiva más distante descubierta hasta ahora ".
A partir de sus observaciones, también determinaron que SPT0311-58 tiene una masa de aproximadamente 330 mil millones de masas solares, que es aproximadamente 66 veces más que la Vía Láctea (que tiene aproximadamente 5 mil millones de masas solares). También estimaron que está formando nuevas estrellas a una tasa de varios miles por año, lo que podría ser el caso de las galaxias vecinas que datan de este período.
Este objeto raro y distante es uno de los mejores candidatos hasta ahora para estudiar cómo se veía el Universo temprano y cómo ha evolucionado desde entonces. Esto a su vez permitirá a los astrónomos y cosmólogos probar las bases teóricas de la teoría del Big Bang. Como Strandet y Weiss le contaron a la revista Space sobre su descubrimiento:
“Estos objetos son importantes para comprender la evolución de las galaxias en su conjunto, ya que las grandes cantidades de polvo ya presentes en esta fuente, solo 760 millones de años después del Big Bang, significa que es un objeto extremadamente masivo. El mero hecho de que tales galaxias masivas ya existieran cuando el Universo aún era tan joven pone fuertes restricciones en nuestra comprensión de la acumulación masiva de galaxias. Además, el polvo debe formarse en muy poco tiempo, lo que proporciona información adicional sobre la producción de polvo de la primera población estelar ".
La capacidad de mirar más profundo en el espacio, y más atrás en el tiempo, ha llevado a muchos descubrimientos sorprendentes en los últimos tiempos. Y estos a su vez han desafiado algunas de nuestras suposiciones sobre lo que sucedió en el Universo y cuándo. Y al final, están ayudando a los científicos a crear una cuenta más detallada y completa de la evolución cósmica. Algún día pronto, ¡podríamos incluso poder sondear los primeros momentos del Universo y ver la creación en acción!
