Una de las misiones clave del telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA es explorar el universo primitivo. Ahora, la resolución y sensibilidad inigualables del instrumento NIRCam de Webb han revelado, por primera vez, lo que hay en el entorno local de las galaxias en el universo primitivo.

Esto ha resuelto uno de los misterios más desconcertantes de la astronomía: por qué los astrónomos detectan luz procedente de átomos de hidrógeno que deberían haber sido completamente bloqueados por el gas prístino que se formó después del Big Bang. Estas nuevas observaciones de Webb han encontrado objetos pequeños y débiles que rodean las mismas galaxias que muestran la «inexplicable» emisión de hidrógeno.

En combinación con simulaciones modernas de galaxias en el universo primitivo, las observaciones han demostrado que la fusión caótica de estas galaxias vecinas es la fuente de esta emisión de hidrógeno. Estos hallazgos han sido publicados en Nature Astronomy .

La luz viaja a una velocidad finita (300.000 kilómetros por segundo), lo que significa que cuanto más lejos está una galaxia, más tiempo le toma a su luz llegar a nuestro sistema solar. Como resultado, las observaciones de las galaxias más distantes no sólo exploran los confines del universo, sino que también nos permiten estudiar el universo tal como era en el pasado.

Para estudiar el universo primitivo, los astrónomos necesitan telescopios excepcionalmente potentes que sean capaces de observar galaxias muy distantes y, por tanto, muy débiles. Una de las capacidades clave de Webb es su capacidad para observar esas galaxias muy distantes y, por tanto, investigar la historia temprana del universo. Un equipo internacional de astrónomos ha aprovechado de manera excelente la asombrosa capacidad de Webb para resolver un antiguo misterio de la astronomía.

Las galaxias más antiguas fueron lugares de formación estelar vigorosa y activa y, como tales, eran fuentes ricas de un tipo de luz emitida por átomos de hidrógeno llamada emisión Lyman-α. Sin embargo, durante la época de la reionización una inmensa cantidad de gas hidrógeno neutro rodeó estas áreas de formación estelar activa (también conocidas como viveros estelares).

Además, el espacio entre galaxias estaba lleno de más gas neutro que en la actualidad. El gas puede absorber y dispersar muy eficazmente este tipo de emisión de hidrógeno, por lo que los astrónomos han predicho durante mucho tiempo que la abundante emisión de Lyman-α liberada en el universo primitivo no debería ser observable hoy.

Sin embargo, esta teoría no siempre ha resistido el escrutinio, ya que los astrónomos ya han observado ejemplos de emisiones muy tempranas de hidrógeno. Esto ha planteado un misterio: ¿Cómo es posible que se esté observando esta emisión de hidrógeno, que hace tiempo que debería haber sido absorbida o dispersada?

Callum Witten, investigador de la Universidad de Cambridge e investigador principal del nuevo estudio, explica: «Una de las cuestiones más desconcertantes que presentaron las observaciones anteriores fue la detección de luz procedente de átomos de hidrógeno en el universo primitivo , que debería haber sido completamente bloqueado por la gas neutro prístino que se formó después del Big Bang. Anteriormente se han sugerido muchas hipótesis para explicar el gran escape de esta emisión ‘inexplicable'».

El avance del equipo se produjo gracias a la extraordinaria combinación de resolución angular y sensibilidad de Webb. Las observaciones con el instrumento NIRCam de Webb pudieron resolver galaxias más pequeñas y débiles que rodean a las galaxias brillantes desde las que se había detectado la inexplicable emisión de hidrógeno. En otras palabras, los alrededores de estas galaxias parecen ser un lugar mucho más concurrido de lo que pensábamos anteriormente, lleno de galaxias pequeñas y débiles.

Fundamentalmente, estas galaxias más pequeñas interactuaban y se fusionaban entre sí, y Webb ha revelado que las fusiones de galaxias desempeñan un papel importante a la hora de explicar la misteriosa emisión de las galaxias más antiguas.

Sergio Martín-Álvarez, miembro del equipo de la Universidad de Stanford, añade: «Donde Hubble sólo veía una gran galaxia, Webb ve un cúmulo de galaxias más pequeñas interactuando, y esta revelación ha tenido un enorme impacto en nuestra comprensión de la inesperada emisión de hidrógeno de algunas de las primeras galaxias.»

Luego, el equipo utilizó simulaciones por computadora de última generación para explorar los procesos físicos que podrían explicar sus resultados. Descubrieron que la rápida acumulación de masa estelar a través de fusiones de galaxias impulsó una fuerte emisión de hidrógeno y facilitó el escape de esa radiación a través de canales libres del abundante gas neutro. Por lo tanto, la alta tasa de fusión de las galaxias más pequeñas no observadas anteriormente presentó una solución convincente al antiguo enigma de la inexplicable emisión temprana de hidrógeno.

El equipo está planificando observaciones de seguimiento de galaxias en distintas etapas de fusión, para seguir desarrollando su comprensión de cómo se expulsa la emisión de hidrógeno de estos sistemas cambiantes. En última instancia, esto les permitirá mejorar nuestra comprensión de la evolución de las galaxias.

Fuente: phys.org