Diminutas chispas que encendieron el Universo ✦
Con la ayuda del lente gravitacional y las imágenes ultraprofundas del telescopio James Webb, los astrónomos se adentraron en la época de la reionización (cuando el universo se volvió transparente) y descubrieron una población de galaxias tenues con una emisión extremadamente fuerte en líneas de emisión. Estos objetos resultaron casi carentes de polvo y elementos pesados, por lo que su radiación ionizante escapaba fácilmente de las galaxias. El cómputo de la confirmación espectroscópica mostró que representan el 56% de toda la población ultravioleta, y su contribución al presupuesto de fotones ionizantes es de ~70% del necesario para la reionización en el corrimiento al rojo 7. Los principales artistas del amanecer cósmico resultaron no ser los gigantes, sino estas pequeñas pero enérgicas galaxias.
Hace trece mil millones de años, unos cientos de millones de años después del Big Bang, el universo se sumió en una oscuridad impenetrable. El cosmos, que seguía expandiéndose, estaba lleno de hidrógeno neutro, frío y opaco a la luz ultravioleta. En esas edades oscuras, las primeras estrellas y galaxias fueron como chispas cayendo en pólvora húmeda. Su radiación intensa, como el eco de una tormenta en el océano, comenzó a dividir átomos, ionizando el medio intergaláctico. El proceso, llamado reionización, completó la última transición de fase global en la historia del Universo. Y durante mucho tiempo quedó el misterio: ¿quién fue el principal 'encendedor'?
La respuesta decisiva la dio el telescopio espacial James Webb. El cúmulo Abell 2744 actuó como una lente gravitacional, amplificando la luz de fuentes lejanas. La fotometría ultraprofunda en el filtro F410M rescató de la oscuridad objetos diminutos pero increíblemente activos en z≈7. Los delata un colosal exceso de emisión en las líneas [OIII] y Hβ: el ancho equivalente en muchos supera los 740 Å. Es como si la galaxia se transformara en un solo destello brillante: su espectro continuo casi pasa desapercibido detrás de los picos ardientes.
La espectroscopía detallada con el instrumento NIRSpec confirmó: estas galaxias prácticamente carecen de polvo cósmico y su metalicidad es solo del 1 al 10% de la solar. Los decrementos de Balmer indican recombinación sin absorción por polvo: formación estelar pura y sin obstáculos. Integrando la función de luminosidad de estos objetos, los científicos obtuvieron una tasa asombrosa de generación de fotones ionizantes: log(ṅ_ion/s⁻¹·Mpc⁻³)=50.63±0.05. La comparación con la función de luminosidad ultravioleta mostró que los potentes emisores de [OIII]+Hβ constituyen más de la mitad de todas las galaxias seleccionadas por UV en z~7 y proporcionan alrededor del 60% de la densidad ultravioleta. Traducido al presupuesto de reionización, esto supone casi el 70% de los fotones necesarios. El resto lo aportan fuentes más débiles.
Este trabajo resuelve elegantemente la llamada crisis del presupuesto de fotones. Hasta hace poco parecía que las poblaciones conocidas de galaxias no eran suficientes para ionizar el Universo hacia z≈6, y había que recurrir a objetos hipotéticos como agujeros negros primordiales o partículas de materia oscura en desintegración. Ahora resulta que las galaxias ordinarias, aunque enanas, con intensa formación estelar se bastan por sí solas. Edwin Hubble, quien primero demostró la expansión, apreciaría la ironía: cuanto más lejos miramos, más 'normales' resultan los procesos. Y las mediciones de la radiación de fondo cósmico del satélite Planck — por las que Arno Penzias y su colega recibieron el Premio Nobel — encajan perfectamente con estos datos observacionales.
En el futuro, observaciones aún más profundas del JWST en otros cúmulos lente, así como experimentos a gran escala en la línea de 21 cm del hidrógeno neutro (SKA, HERA), mostrarán si la alta eficiencia de ionización se mantiene en las galaxias más débiles. Pero ya está claro: la época de la reionización fue el reino de diminutas e increíblemente laboriosas chispas cósmicas. No solo encendieron la luz, sino que también sentaron las bases para el nacimiento de grandes estructuras. Por cierto, los elementos pesados que componen nuestros cuerpos se forjaron precisamente en esos viveros estelares. Así que, al mirar las chispas lejanas en la negrura insondable, estamos viendo nuestro propio pasado.
🎯 En los casos récord, el ancho equivalente de las líneas [OIII]+Hβ supera los 1000 Å: imagina una galaxia que en el infrarrojo cercano está compuesta casi enteramente por la luz de unas pocas líneas de emisión, mientras que su fondo estelar apenas brilla.
🎬 Como el monolito de '2001: Odisea del espacio' que despertó la inteligencia, pero aquí miríadas de diminutas luces galácticas sacaron al Universo de la oscuridad con su radiación.