Después del Big Bang, el universo se expandió y se enfrió lo suficiente como para que se formaran átomos de hidrógeno. En ausencia de luz de las primeras estrellas, el universo entró en un período conocido como la era oscura cósmica. Las primeras estrellas y galaxias aparecieron varios cientos de millones de años después. Comenzaron a quemar el hidrógeno remanente del Big Bang, haciendo que el universo fuera “transparente”, como lo es hoy.
Un grupo de investigación internacional dirigido por astrofísicos de UCLA ha confirmado la existencia de JD1. La galaxia JD1 más débil jamás vista en el universo primordial. La galaxia es una de las más distantes identificadas hasta la fecha y es del tipo que quemó la nebulosa de átomos de hidrógeno dejada por el Big Bang. Fue en este proceso que la luz comenzó a brillar a través del universo y darle forma a lo que existe hoy. El descubrimiento se realizó utilizando el James Webb Space Telescope de la NASA y los resultados se publicaron en la revista Nature (ref).
El proceso de reionización
Los primeros mil millones de años de vida del universo fueron un período crucial en su evolución. Después del Big Bang, hace aproximadamente 13.8 mil millones de años, el universo se expandió y enfrió lo suficiente como para permitir la formación de átomos de hidrógeno. Sin embargo, hasta el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias, el universo estaba oscuro. La aparición de las primeras estrellas y galaxias unos cientos de millones de años después inundó el cosmos con una luz ultravioleta energética que comenzó a quemar la nebulosa de hidrógeno.
Determinar los tipos de galaxias que dominaron esa era, la Época de la Reionización, es uno de los principales objetivos de la astronomía moderna. Pero hasta el desarrollo del Telescopio James Webb, los científicos carecían de las herramientas infrarrojas sensibles necesarias para estudiar la primera generación de galaxias.
“La mayoría de las galaxias encontradas hasta ahora por el Telescopio James Webb son galaxias brillantes que son raras. Pero no se consideran particularmente representativas de las galaxias jóvenes que poblaron el universo primordial”, dijo Guido Roberts-Borsani, autor principal del estudio. “Las galaxias ultra débiles como JD1, por otro lado, son mucho más numerosas. Por esta razón, creemos que son más representativas de las galaxias que impulsaron el proceso de reionización, permitiendo que la luz ultravioleta viaje sin obstáculos a través del espacio y el tiempo”.
James Webb y la lente gravitacional
JD1 es una galaxia tan débil y distante en el universo primordial que sería difícil de estudiar sin un telescopio potente y un truco natural. JD1 se encuentra detrás de un gran cúmulo de galaxias cercanas, Abell 2744. El cúmulo actúa como una lente gravitacional, amplificando la luz de JD1. La galaxia resulta 13 veces más brillante de lo que sería de otra manera. Sin este efecto, probablemente se habría pasado por alto el descubrimiento de JD1.
Para el análisis, los investigadores utilizaron el espectrógrafo NIRSpec para obtener un espectro de luz infrarroja de la galaxia. Esto les permitió determinar su edad precisa y su distancia a la Tierra, así como el número de estrellas y la cantidad de polvo y partículas pesadas.
La combinación de la amplificación gravitacional y las nuevas imágenes capturadas por la cámara NIRCam de James Webb permitió al equipo estudiar la estructura de la galaxia con un detalle y una resolución sin precedentes. Dado que la luz tarda tiempo en alcanzarnos, JD1 aparece como era hace aproximadamente 13.3 mil millones de años, cuando el universo tenía solo alrededor del 4% de su edad actual.
“Antes de que el telescopio Webb se encendiera, hace solo un año, ni siquiera podíamos soñar con confirmar una galaxia tan débil”, dijo Tommaso Treu, segundo autor del estudio. “La combinación de JWST y el poder de las lentes gravitacionales es una revolución. Estamos reescribiendo el libro sobre cómo se formaron y evolucionaron las galaxias poco después del Big Bang”.