Casi al comienzo de los tiempos, el universo estaba envuelto en la oscuridad. Luego, las primeras galaxias produjeron estrellas brillantes y calientes que filtraron un espacio intergaláctico de luz brillante a través de pequeños canales, volviendo el universo transparente.
Esa es la conclusión de las nuevas y hermosas imágenes "especulares" tomadas de una galaxia distante conocida como el Arco del Resplandor Solar. Cuando el universo era solo un bebé, estaba hecho de partículas calientes, pero que se enfriaban rápidamente. Una vez que el universo se enfrió lo suficiente, los protones y los electrones se combinaron para formar hidrógeno neutro, que cubrió el universo en la oscuridad, haciéndolo no observable en el espectro electromagnético, según el Observatorio Haystack del MIT. Durante este período, conocido como la edad oscura, cualquier radiación emitida fue absorbida por el gas hidrógeno.
Luego, aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, durante la "Época de reionización", una sacudida masiva de energía ionizó el gas, derribando electrones de los átomos de hidrógeno y creando plasma. Esta ionización se produjo gracias a la enérgica luz ultravioleta que "probablemente provenía de estrellas muy jóvenes, muy brillantes, muy calientes y también de vida muy corta en las primeras galaxias", dijo el autor principal Thøger Emil Rivera-Thorsen, becario postdoctoral en la Universidad. de Oslo en Noruega. Pero no está claro cómo sucedió exactamente este evento de ionización.
Para descubrirlo, los investigadores recurrieron a una galaxia llamada "Arco Sunburst" que se encuentra a unos 11 mil millones de años luz de distancia (aunque es difícil saber exactamente qué tan lejos está en un universo en expansión). El Arco Sunburst no está del todo Rivera-Thorsen dijo que tiene la edad suficiente para ser una de las primeras galaxias que reionizó el universo, pero es lo suficientemente mayor como para poder enseñarles a los investigadores algo sobre el proceso.
En un estudio anterior, Rivera-Thorsen y su equipo observaron las señales de luz provenientes del Arco Sunburst. Algunas sugerencias sugirieron que la luz ionizante escapó de estas primeras galaxias a través de unos pocos canales estrechos, o agujeros en una cubierta opaca que cubría la galaxia. "Pero no podemos decir que hayamos encontrado esto hasta que lo hayamos observado directamente", dijo Rivera-Thorsen a Live Science.
Entonces, los investigadores propusieron detectar estos agujeros usando el telescopio espacial Hubble y "he aquí que funcionó", dijo Rivera-Thorsen. El Sunburst Arc está posicionado de una manera que hace que sea fácil de ver para el Hubble. Un cúmulo de galaxias que interviene actúa como un microscopio cósmico y dobla y magnifica la luz del arco Sunburst, que de otro modo sería demasiado débil para ver, de modo que el Hubble pueda captarla en una serie de imágenes. Este efecto, llamado "lente gravitacional", fue predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein y es particularmente fuerte en este caso, lo que lleva a 12 imágenes duplicadas de la galaxia.
Algunas de estas imágenes se tomaron en el espectro de luz visible no ionizante y otras se tomaron en el espectro de luz ionizante. Para la luz ionizante, "básicamente todo lo que puedes ver es un pequeño punto y de lo contrario no hay nada", dijo. "Eso, creo, fue una confirmación muy hermosa de nuestra hipótesis: que esto es como un agujero en una galaxia cubierta de gas que de otro modo no sería transparente".
Varios factores tuvieron que alinearse para que los investigadores vieran este efecto y, por lo tanto, "hemos sido increíblemente afortunados de encontrar esto", dijo Rivera-Thorsen. Por ejemplo, las imágenes del Hubble capturaron todos los "trozos jugosos" de la galaxia, incluidos los lugares donde escapó la luz ionizante. No está claro por qué o cómo se formaron estos canales estrechos en primer lugar.
Además, en las galaxias más modernas, "realmente no vemos escapar mucho de esta radiación ionizante, vemos un poco aquí y allá", agregó. "Entonces, algo sobre las propiedades físicas de estas galaxias debe haber cambiado drásticamente entre el tiempo de alrededor de mil millones de años después del Big Bang cuando el universo se reionizó". En el trabajo futuro, Rivera-Thorsen y su equipo quieren descubrir cómo han cambiado las galaxias desde la época del Big Bang.
"La evidencia del escape de la radiación ionizante es convincente", dijo Yuri Izotov, astrónomo del Observatorio Astronómico Principal en Ucrania, que no formó parte del estudio. Sus hallazgos son importantes para comprender cómo se filtra la luz de las galaxias formadoras de estrellas, y su interpretación de que la luz se filtra a través de los agujeros en la galaxia "parece razonable", dijo Izotov a Live Science.
Brian Keating, profesor de física en la Universidad de California en San Diego, que no participó en el trabajo, está de acuerdo. "Las fuentes que generaron los primeros fotones ionizantes del universo han estado envueltas en misterio durante mucho tiempo", dijo Keating a Live Science. "Su trabajo arroja nuevas perspectivas prometedoras sobre los objetos inescrutables que se consideran los principales impulsores de la Época de la reionización".
Los hallazgos fueron publicados el 7 de noviembre en la revista Science.
