Las primeras galaxias nacieron mucho antes de lo esperado.

El cúmulo de galaxia con lente de Abell 383.
El cúmulo de galaxias Abell 383.

Utilizando el poder amplificador de una lente gravitacional cósmica, los astrónomos han descubierto una galaxia distante cuyas estrellas nacieron inesperadamente al principio de la historia cósmica. Este resultado arroja nueva luz sobre la formación de las primeras galaxias, así como sobre la evolución temprana del Universo.

Johan Richard, el autor principal de un nuevo estudio [1] dice: "Hemos descubierto una galaxia distante que comenzó a formar estrellas solo 200 millones de años después del Big Bang. Esto desafía las teorías de cuán pronto se formaron y evolucionaron las galaxias en los primeros años del Universo. Incluso podría ayudar a resolver el misterio de cómo se despejó la niebla de hidrógeno que llenó el Universo temprano ".

El equipo de Richard descubrió la galaxia en observaciones recientes del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, lo verificó con observaciones del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y midió su distancia utilizando el Observatorio W. M. Keck en Hawai.

La galaxia distante es visible a través de un grupo de galaxias llamado Abell 383, cuya poderosa gravedad dobla los rayos de luz casi como una lupa [2]. La alineación casual de la galaxia, el cúmulo y la Tierra amplifica la luz que nos llega desde esta galaxia distante, lo que permite a los astrónomos realizar observaciones detalladas. Sin esta lente gravitacional, la galaxia habría sido demasiado débil para ser observada incluso con los telescopios más grandes de la actualidad.

Después de observar la galaxia en imágenes de Hubble y Spitzer, el equipo llevó a cabo observaciones espectroscópicas con el telescopio Keck-II en Hawai. La espectroscopia es la técnica de dividir la luz en sus colores componentes. Al analizar estos espectros, el equipo pudo realizar mediciones detalladas de su desplazamiento al rojo [3] e inferir información sobre las propiedades de sus estrellas componentes.

Abell 383 con anotaciones.

El corrimiento hacia el rojo de la galaxia es 6,027, lo que significa que lo vemos como era cuando el Universo tenía alrededor de 950 millones de años [4]. Esto no la convierte en la galaxia más remota jamás detectada: varias han sido confirmadas con corrimientos al rojo de más de 8, y una tiene un desplazamiento al rojo estimado de alrededor de 10, colocándola 400 millones de años antes. Sin embargo, la galaxia recién descubierta tiene características dramáticamente diferentes de otras galaxias distantes que se han observado, que generalmente brillan intensamente con solo estrellas jóvenes.

"Cuando miramos los espectros, dos cosas estaban claras", explica el coautor Eiichi Egami. "El corrimiento al rojo lo colocó muy temprano en la historia cósmica, como esperábamos. Pero la detección infrarroja Spitzer también indicó que la galaxia estaba compuesta de estrellas sorprendentemente viejas y relativamente débiles. Esto nos dijo que la galaxia estaba formada por estrellas que ya tenían casi 750 millones de años de antigüedad, lo que retrasó la época de su formación a unos 200 millones de años después del Big Bang, mucho más de lo que esperábamos ".

El coautor Dan Stark continúa: "Gracias a la amplificación de la luz de la galaxia por la lente gravitacional, tenemos algunos datos de excelente calidad. Nuestro trabajo confirma algunas observaciones anteriores que habían insinuado la presencia de estrellas antiguas en las primeras galaxias. Esto sugiere que las primeras galaxias han existido por mucho más tiempo de lo que se pensaba ".

El Hubble en órbita.
El descubrimiento tiene implicaciones más allá de la cuestión de cuándo se formaron las galaxias, y puede ayudar a explicar cómo el Universo se hizo transparente a la luz ultravioleta en los primeros mil millones de años después del Big Bang. En los primeros años del cosmos, una niebla difusa de gas hidrógeno neutro bloqueó la luz ultravioleta en el Universo. Por lo tanto, alguna fuente de radiación debe haber ionizado progresivamente el gas difuso, despejando la niebla para que sea transparente a los rayos ultravioleta como lo es hoy en día, un proceso conocido como reionización.

Los astrónomos creen que la radiación que impulsó esta reionización debe haber venido de las galaxias. Pero hasta ahora, no se ha encontrado suficiente para proporcionar la radiación necesaria. Este descubrimiento puede ayudar a resolver este enigma.

"Parece probable que de hecho haya muchas más galaxias en el Universo temprano de lo que calculamos anteriormente, es solo que muchas galaxias son más antiguas y más débiles, como la que acabamos de descubrir", dice el coautor Jean-Paul Kneib. . "Si este invisible ejército de galaxias débiles y ancianas está realmente allí, podrían proporcionar la radiación faltante que hizo que el Universo sea transparente a la luz ultravioleta".

A partir de hoy, solo podemos descubrir estas galaxias observando a través de cúmulos masivos que actúan como telescopios cósmicos. En los próximos años, el Telescopio Espacial James Webb de NASA / ESA / CSA, programado para su lanzamiento a finales de esta década, se especializará en observaciones de alta resolución de objetos distantes, altamente desplazados hacia el rojo. Por lo tanto, estará en una posición ideal para resolver este misterio de una vez por todas.

Notas.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA.

Lente gravitatoria en acción.

[1] La investigación aparecerá en un documento titulado "Descubrimiento de una galaxia posiblemente antigua en z = 6.027, multiplicada por el grupo masivo Abell 383", que se publicará en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El equipo internacional de astrónomos en este estudio consiste en Johan Richard (CRAL, Observatorio de Lyon, Universidad de Lyon 1, Francia y Centro de Cosmología Oscura, Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca), Jean-Paul Kneib (Laboratoire d'Astrophysique de Marsella, Francia), Harald Ebeling (Universidad de Hawai, EE. UU.), Daniel P Stark (Universidad de Cambridge, Reino Unido), Eiichi Egami (Universidad de Arizona, EE. UU.) Y Andrew K Fiedler (Universidad de Arizona, EE. UU.). El autor principal Johan Richard es un ex compañero de Marie Curie. El fondo de investigación Marie Curie de la Unión Europea ofrece becas a nivel de posgrado y postdoctorado para fomentar la movilidad entre los mejores investigadores de Europa. La UE destinará más de 4.500 millones de euros a través del plan en 2007-2013, artículo científico.

[2] La gravedad distorsiona el espacio-tiempo, el tejido del cosmos. Esto significa que para objetos extremadamente masivos con campos gravitacionales muy fuertes, la luz se dobla visiblemente a medida que viaja a través y alrededor de ellos. Por lo tanto, los cúmulos de galaxias masivas como Abell 383 actúan como una lente enorme, concentrando la luz de objetos distantes detrás de ellos, en un proceso conocido como lente gravitacional. Mientras que las galaxias vistas a través de lentes gravitacionales son típicamente distorsionadas y reproducidas (esta galaxia recién descubierta es realmente visible dos veces en las observaciones de Hubble), el uso de estas lentes gravitacionales multiplica el poder de un telescopio y permite ver galaxias que de otra manera serían demasiado débiles para ser visibles . Abell 383, la lente gravitacional utilizada en este estudio, fue fotografiada como parte de la encuesta CLASH (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble), un proyecto de Tesorería Multi Ciclo para observar una muestra de 25 cúmulos de galaxias usando Hubble (PI: Marc Postman) . Abell 383 es ​​también uno de los 50 cúmulos fotografiados con el gran proyecto de la misión Spitzer Warm liderado por Eiichi Egami.

[3] Debido a que el Universo se está expandiendo, la luz de objetos distantes se estira y se enrojece cuando se mueve hacia nosotros, un fenómeno conocido como desplazamiento al rojo. Cuanto más lejos está un objeto, más se desplaza hacia el rojo. Para objetos muy remotos, el desplazamiento al rojo se puede usar para cuantificar su distancia.

[4] Debido a que la luz viaja a una velocidad finita, cuanto más lejos está un objeto, más atrás en el tiempo lo vemos. Para un objeto con un corrimiento al rojo de 6, la luz ha tardado unos 12.800 millones de años en viajar a la Tierra. Como sabemos que el Universo tiene aproximadamente 13.750 millones de años, esto significa que estamos viendo el objeto en el estado en que se encontraba en menos de mil millones de años después del Big Bang. Redshift (el desplazamiento al rojo) es, por lo tanto, una medida del tiempo transcurrido desde el Big Bang, así como de la distancia de un objeto.

Crédito de la imagen: 
NASA, ESA, J. Richard (CRAL) y J.-P. Kneib (LAM). Agradecimiento: Marc Postman (STScI)
• Publicado en Hubble 12 de abril del 2.011.

Contactos.
Johan Richard
Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Université Lyon 1, Observatoire de Lyon
France
Tel: +33 478 868 381
Email: johan.richard@univ-lyon1.fr

Jean-Paul Kneib
Laboratoire d’Astrophysique de Marseille — CNRS, Université de Provence
France
Tel: +33 685 988 265
Email: jean-paul.kneib@oamp.fr

Oli Usher
Hubble/ESA
Garching, Germany
Tel: +49-89-3200-6855
Email: ousher@eso.org

Ray Villard
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tel: +1-410-338-4514
Email: villard@stsci.edu

Larry O’Hanlon
W. M. Keck Observatory
Mauna Kea, Hawaii, USA
Tel: +1-808-881-3827
Email: lohanlon@keck.hawaii.edu

Whitney Clavin
NASA’s Jet Propulsion Laboratory
Pasadena, USA
Tel: +1-818-354-4673
Email: whitney.clavin@jpl.nasa.gov