Crédito de imagen: ESO
Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo del Sur para mirar profundamente en el espacio y ver galaxias ubicadas a 12.600 millones de años luz de distancia: estas galaxias se ven cuando el Universo tenía solo el 10% de su edad actual. Se han encontrado pocas galaxias de esta edad, y esta nueva colección ha ayudado a los astrónomos a concluir que son parte de una Edad Oscura cósmica, cuando las galaxias luminosas eran más raras; hubo muchas más solo 500 millones de años después.
Utilizando el Very Large Telescope (VLT) de ESO, dos astrónomos de Alemania y el Reino Unido [2] descubrieron algunas de las galaxias más distantes jamás vistas. Se encuentran a unos 12.600 millones de años luz de distancia.
Ha tomado la luz ahora registrada por el VLT aproximadamente nueve décimas de la edad del Universo para atravesar esta gran distancia. Por lo tanto, observamos esas galaxias tal como estaban en un momento en que el Universo era muy joven, menos del 10% de su edad actual. En este momento, el Universo estaba emergiendo de un largo período conocido como la "Edad Oscura", entrando en la época luminosa del "Renacimiento Cósmico".
A diferencia de estudios anteriores que dieron como resultado el descubrimiento de algunas galaxias muy dispersas en esta época temprana, el presente estudio encontró al menos seis ciudadanos remotos dentro de un área de cielo pequeño, ¡menos del cinco por ciento del tamaño de la luna llena! Esto permitió comprender la evolución de estas galaxias y cómo afectan el estado del Universo en su juventud.
En particular, los astrónomos concluyen sobre la base de sus datos únicos que había considerablemente menos galaxias luminosas en el Universo en esta etapa temprana que 500 millones de años después.
Por lo tanto, debe haber muchas galaxias menos luminosas en la región del espacio que estudiaron, demasiado débiles para ser detectadas en este estudio. Deben ser las galaxias aún no identificadas que emiten la mayoría de los fotones energéticos necesarios para ionizar el hidrógeno en el Universo en esa época en particular.
Del Big Bang al Renacimiento Cósmico
Hoy en día, el Universo está impregnado de radiación ultravioleta enérgica, producida por cuásares y estrellas calientes. Los fotones de longitud de onda corta liberan electrones de los átomos de hidrógeno que forman el medio intergaláctico difuso y, por lo tanto, este último está casi completamente ionizado. Sin embargo, hubo una época temprana en la historia del Universo cuando esto no fue así.
El Universo emanaba de un estado inicial caliente y extremadamente denso, el llamado Big Bang. Los astrónomos ahora creen que tuvo lugar hace unos 13.700 millones de años.
Durante los primeros minutos, se produjeron enormes cantidades de protones, neutrones y electrones. El Universo estaba tan caliente que los protones y los electrones flotaban libremente: el Universo estaba completamente ionizado.
Después de unos 100,000 años, el Universo se había enfriado a unos pocos miles de grados y los núcleos y electrones ahora se combinaron para formar átomos. Los cosmólogos se refieren a este momento como la "época de recombinación". La radiación de fondo de microondas que ahora observamos desde todas las direcciones representa el estado de gran uniformidad en el Universo en esa época distante.
Sin embargo, este fue también el momento en que el Universo se sumió en la oscuridad. Por un lado, la radiación reliquia de la bola de fuego primordial se había extendido por la expansión cósmica hacia longitudes de onda más largas y, por lo tanto, ya no era capaz de ionizar el hidrógeno. Por el contrario, estaba atrapado por los átomos de hidrógeno recién formados. Por otro lado, aún no se habían formado estrellas ni cuásares que pudieran iluminar el vasto espacio. Por lo tanto, esta era sombría se llama razonablemente la "Edad Media". Las observaciones aún no han podido penetrar en esta era remota: nuestro conocimiento aún es rudimentario y todo se basa en cálculos teóricos.
Unos cientos de millones de años después, o al menos eso creen los astrónomos, algunos de los primeros objetos masivos se formaron a partir de las enormes nubes de gas que se habían unido. La primera generación de estrellas y, algo más tarde, las primeras galaxias y cuásares, produjeron radiación ultravioleta intensiva. Sin embargo, esa radiación no podría viajar muy lejos, ya que sería absorbida inmediatamente por los átomos de hidrógeno que fueron ionizados nuevamente en este proceso.
El gas intergaláctico volvió a ionizarse en esferas de crecimiento constante alrededor de las fuentes de ionización. En algún momento, estas esferas se habían vuelto tan grandes que se superponían por completo: ¡la niebla sobre el Universo se había levantado!
Este fue el final de la Edad Media y, con un término nuevamente tomado de la historia humana, a veces se lo conoce como el "Renacimiento Cósmico". Al describir la característica más significativa de este período, los astrónomos también la llaman la "época de reionización".
Encontrar las galaxias más distantes con el VLT
Para arrojar algo de luz sobre el estado del Universo al final de la Edad Media, es necesario descubrir y estudiar galaxias extremadamente distantes (es decir, de alto desplazamiento al rojo [2]). Se pueden utilizar varios métodos de observación, por ejemplo, se han encontrado galaxias distantes por medio de imágenes de banda estrecha (por ejemplo, ESO PR 12/03), mediante el uso de imágenes que han sido mejoradas gravitacionalmente por cúmulos masivos, y también de manera fortuita.
Matthew Lehnert, del MPE en Garching, Alemania, y Malcolm Bremer, de la Universidad de Bristol, Reino Unido, utilizaron una técnica especial que aprovecha el cambio de los colores observados en una galaxia distante que es causado por la absorción en el medio intergaláctico que interviene. Las galaxias en desplazamientos al rojo de 4.8 a 5.8 [2] se pueden encontrar buscando galaxias que parezcan relativamente brillantes en luz óptica roja y que sean débiles o no se detecten en la luz verde. Tales "interrupciones" en la distribución de la luz de las galaxias individuales proporcionan una fuerte evidencia de que la galaxia podría estar ubicada en un alto desplazamiento al rojo y que su luz comenzó en su largo viaje hacia nosotros, solo unos 1000 millones de años después del Big Bang.
Para esto, usaron por primera vez el instrumento multimodo FORS2 en el telescopio VLT YEPUN de 8.2 m para tomar imágenes extremadamente "profundas" a través de tres filtros ópticos (verde, rojo y muy rojo) de un área pequeña del cielo (40 minutos de arco cuadrado , o aproximadamente 5 por ciento del tamaño de la luna llena). Estas imágenes revelaron alrededor de 20 galaxias con grandes interrupciones entre los filtros verde y rojo, lo que sugiere que se ubicaron en alto desplazamiento al rojo. Los espectros de estas galaxias se obtuvieron con el mismo instrumento para medir sus verdaderos desplazamientos al rojo.
"La clave del éxito de estas observaciones fue el uso del nuevo detector rojo realzado disponible en FORS2", dice Malcolm Bremer.
Los espectros indicaron que seis galaxias están ubicadas a distancias correspondientes a los desplazamientos al rojo entre 4.8 y 5.8; otras galaxias estaban más cerca. Sorprendentemente, y para deleite de los astrónomos, se vio una línea de emisión en otra galaxia débil que se observó por casualidad (estaba ubicada en una de las ranuras de FORS2) que posiblemente se encuentre aún más lejos, en un desplazamiento al rojo de 6.6. Si esto fuera confirmado por observaciones posteriores más detalladas, ¡esa galaxia sería un contendiente para la medalla de oro como la más distante conocida!
Las primeras galaxias conocidas
Los espectros revelaron que estas galaxias están formando activamente estrellas y probablemente no tienen más de 100 millones de años, tal vez incluso más jóvenes. Sin embargo, sus números y el brillo observado sugieren que las galaxias luminosas en estos desplazamientos al rojo son menos y menos luminosas que las galaxias seleccionadas de forma similar más cercanas a nosotros.
"Nuestros hallazgos muestran que la luz ultravioleta combinada de las galaxias descubiertas es insuficiente para ionizar completamente el gas circundante", explica Malcom Bremer. “Esto nos lleva a la conclusión de que debe haber muchas más galaxias más pequeñas y menos luminosas en la región del espacio que estudiamos, demasiado débiles para ser detectadas de esta manera. Deben ser estas galaxias aún invisibles las que emiten la mayoría de los fotones energéticos necesarios para ionizar el hidrógeno en el Universo ".
"El siguiente paso será usar el VLT para encontrar más y más débiles galaxias en desplazamientos al rojo aún mayores", agrega Matthew Lehnert. "Con una muestra más grande de objetos tan distantes, podemos obtener información sobre su naturaleza y la variación de su densidad en el cielo".
Un estreno británico
Las observaciones presentadas aquí se encuentran entre los primeros descubrimientos importantes de científicos británicos desde que el Reino Unido se convirtió en miembro de ESO en julio de 2002. Richard Wade, del Consejo de Investigación de Física y Astronomía de Partículas (PPARC), que financia la suscripción del Reino Unido a ESO, está muy satisfecho : “Al unirse al Observatorio Europeo Austral, los astrónomos del Reino Unido han obtenido acceso a instalaciones líderes mundiales, como el VLT. Estos nuevos y emocionantes resultados, de los cuales estoy seguro de que habrá muchos más por venir, ilustran cómo los astrónomos del Reino Unido están contribuyendo con descubrimientos de vanguardia ".
Más información
Los resultados descritos en este comunicado de prensa están a punto de aparecer en la revista de investigación Astrophysical Journal ("Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization" por M. D. Lehnert y M. Bremer). Está disponible electrónicamente como astro-ph / 0212431.
Notas
[1]: Este es un comunicado de prensa coordinado de ESO / PPARC. La versión PPARC del lanzamiento se puede encontrar aquí.
[2]: Este trabajo fue realizado por Malcolm Bremer (Universidad de Bristol, Reino Unido) y Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut f? R Extraterrestrische Physik, Garching, Alemania).
[3]: Los desplazamientos al rojo medidos de las galaxias en el campo profundo de Bremer son z = 4.8-5.8, con un desplazamiento al rojo inesperado (y sorprendente) de 6.6. En astronomía, el desplazamiento al rojo denota la fracción por la cual las líneas en el espectro de un objeto se desplazan hacia longitudes de onda más largas. El desplazamiento al rojo observado de una galaxia remota proporciona una estimación de su distancia. Las distancias indicadas en el presente texto se basan en una edad del Universo de 13.7 mil millones de años. En el desplazamiento al rojo indicado, la línea Lyman-alfa de hidrógeno atómico (longitud de onda en reposo 121,6 nm) se observa a 680 a 920 nm, es decir, en la región espectral roja.
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
