En una galaxia muy muy lejana….

Antes de que en el universo se hubieran formado objetos, todo estaba lleno de gas neutro. Por así decirlo, era un lugar tranquilo donde no sucedía gran cosa, un universo aburrido. Y ese aburrimiento duro unos pocos cientos de millones de años, porque cuando se constituyeron las primeras estructuras todo se volvió más divertido: la radiación emitida por las nuevas estructuras descompuso el gas, lo ionizó y el universo cambió drásticamente. A este período se le conoce como ‘reionización cósmica‘. Sin embargo, el hecho de que el universo fuera un sitio más entretenido abrió un debate sobre qué tipo de objetos causaron esta reionización. Y la solución pasaba por estudiar las galaxias más lejanas del universo, aquellas cuya luz procede directamente de aquella época.

Con ese objetivo, un equipo internacional de astrónomos ha utilizado el conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar una galaxia tan alejada en el espacio-tiempo que nos traslada a aquella época. La galaxia en cuestión, llamada SXDF-NB1006-2, es una de las más distantes conocidas a la fecha, cuando el universo tenía una edad de 700 millones de años, esto es, un 5% de la edad actual.

Right panel: The red galaxy at the center of the image is the very distant galaxy, SXDF-NB1006-2. Left panels: Close-ups of the distant galaxy.

Derecha: la galaxia SXDF-NB1006-2 mostrada en color rojo hacia el centro de la imagen. Izquierda: ampliaciones de la galaxia. Créditos: NAOJ (imagen ampliada).

El grupo de científicos también quería recabar información de elementos químicos más pesados que el litio, llamados ‘metales’ en el mundo de la astrofísica, donde su detección proporciona información sobre la tasa de formación estelar existente en la época de reionización. “La búsqueda de elementos pesados en los inicios del universo es un enfoque esencial para explorar la actividad de la formación estelar en ese período y nos da un indicio para entender cómo se formaron las galaxias y lo que causó la reionización cósmica”, explica Akio Inoue de la Universidad de Osaka Sangyo (Japón) y autor principal del artículo que expone la investigación (A. Inoue et al., 2016, Sci, doi:10.1126/science.aaf0714).

Pero antes de ponerse manos a la obra con las observaciones, los investigadores realizaron una simulación previa que predijera si podrían observar oxígeno ionizado, y en caso afirmativo, con qué facilidad lo detectarían teniendo en cuenta lo observado en galaxias cercanas. Llegaron a la conclusión de que la emisión de oxígeno podría ser detectable incluso a grandes distancias. Y efectivamente, mediante ALMA detectaron la emisión del oxígeno ionizado procedente de SXDF-NB1006-2, siendo ésta la detección de oxígeno más distante jamás obtenida. Y aunque en una investigación previa (S. L. Finkelstein et al., 2013, Nat 502 524-527) se hablaba de la presencia de oxígeno en una época anterior, quedó en una hipótesis ya que no pudieron respaldarla con datos observacionales.

This diagram depicts the major milestones in the evolution of the Universe since the Big Bang, about 13.8 billion years ago. It is not to scale. The Universe was in a neutral state at 400 thousand years after the Big Bang and remained that way until light from the first generation of stars started to ionise the hydrogen. After several hundred million years, the gas in the Universe was completely ionised.

Diagrama que muestra los principales hitos en la evolución del Universo desde el Big Bang. Créditos: NAOJ (imagen ampliada).

Analizando los datos obtenidos, el equipo de Inoue descubrió que el oxígeno en SXDF-NB1006-2 es diez veces menos abundante de lo que es en el Sol. “La poca abundancia se explica debido a que el Universo aún era joven y tenía una breve historia de formación estelar en ese momento”, argumenta Naoki Yoshida de la Universidad de Tokio (Japón). Sin embargo, de los datos observacionales se extrajo un resultado sorpresa: una cantidad muy pequeña de polvo. “Algo inusual puede estar ocurriendo en esta galaxia. Tal vez casi todo el gas se encuentre altamente ionizado”, sospecha Inoue.

Concluyendo, la detección de oxígeno ionizado indica que en la galaxia SXDF-NB1006-2 ya existen muchas estrellas de gran brillo cuyo tamaño sería de cientos de veces más masivas que el Sol, cuya intensa luz ultravioleta permite ionizar los átomos de oxígeno. Además, la escasa cantidad de polvo hace que esta luz ultravioleta escape e ionice grandes cantidades de gas fuera de la galaxia, siendo este tipo de galaxias, probablemente, las fuentes de luz responsables de la reionización cósmica.

Recordemos que hace unos días les hablaba de la primera detección de alcohol metílico también realizada con ALMA, lo que deja entrever la gran potencia que nos ofrece este conjunto de radiotelescopios.

Referencias:
Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch (A. Inoue et al., 2016, Science, doi:10.1126/science.aaf0714).
A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51 (S. L. Finkelstein et al., 2013, Nature 502 524-527)

ALMA Observes Most Distant Oxygen Ever.
ALMA observa la presencia de oxígeno más distante.

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