reionización

History

Las ideas modernas sobre la reionización se basan en la teoría del Big Bang (Georges Lemaître, 1927) y el descubrimiento del fondo cósmico de microondas (Penzias y Wilson, 1965), que confirmó un comienzo caliente del Universo. En 2001, en los datos del Sloan Digital Sky Survey se detectó el efecto Gunn-Peterson: en los espectros de cuásares con desplazamiento al rojo mayor que 6 la luz era completamente absorbida por el hidrógeno neutro. Esto indicó que la reionización había terminado unos mil millones de años después del Big Bang.

How it works

Un fotón ultravioleta con energía superior a 13,6 eV es capaz de arrancar un electrón de un átomo de hidrógeno. Las primeras estrellas emitían muchos de esos fotones. Alrededor de cada galaxia se formaba una región de gas ionizado, una burbuja creciente. Poco a poco las burbujas se expandieron y fusionaron hasta llenar todo el Universo, haciéndolo transparente a la luz ultravioleta.

History

Las ideas modernas sobre la reionización se basan en la teoría del Big Bang (Georges Lemaître, 1927) y el descubrimiento del fondo cósmico de microondas (Penzias y Wilson, 1965), que confirmó un comienzo caliente del Universo. En 2001, en los datos del Sloan Digital Sky Survey se detectó el efecto Gunn-Peterson: en los espectros de cuásares con desplazamiento al rojo mayor que 6 la luz era completamente absorbida por el hidrógeno neutro. Esto indicó que la reionización había terminado unos mil millones de años después del Big Bang.

How it works

Un fotón ultravioleta con energía superior a 13,6 eV es capaz de arrancar un electrón de un átomo de hidrógeno. Las primeras estrellas emitían muchos de esos fotones. Alrededor de cada galaxia se formaba una región de gas ionizado, una burbuja creciente. Poco a poco las burbujas se expandieron y fusionaron hasta llenar todo el Universo, haciéndolo transparente a la luz ultravioleta.

History

La idea de una ionización secundaria del Universo se deriva de forma natural de la teoría del Big Bang caliente (G. Lemaître, 1927) y del descubrimiento del fondo cósmico de microondas (A. Penzias y R. Wilson, 1965). El resultado observacional decisivo se obtuvo en 2001: en los espectros de cuásares lejanos (z > 6) del sondeo Sloan se detectó el efecto Gunn-Peterson, una absorción casi total debida al hidrógeno neutro. Las misiones WMAP (2003) y Planck (2013) midieron el espesor óptico de Thomson, precisándolo de 0,17 a ~0,054. El Hubble y luego el James Webb realizan una búsqueda directa de las galaxias de la reionización, afinando gradualmente la imagen.

How it works

En la base está el proceso de fotoionización: H + γ → p + e. El frente de ionización es inicialmente enrarecido, pero al aumentar la densidad de recombinaciones se vuelve denso. La dinámica global se describe mediante la ecuación para la fracción de hidrógeno ionizado Q: dQ/dt = (ṅ_ion / ⟨n_H⟩) – Q/t_rec, donde ṅ_ion es la tasa de emisión de fotones ionizantes, ⟨n_H⟩ es la densidad media de hidrógeno, t_rec es el tiempo característico de recombinación. El espesor óptico observado τ = c σ_T ∫ n_e(z) (1+z)⁻¹ H(z)⁻¹ dz define el momento promedio ponderado de la reionización. La radioastronomía en la longitud de onda de 21 cm (proyectos LOFAR, HERA, Square Kilometre Array) promete construir un mapa 3D detallado del proceso.

Open problems & fun facts

Determinación de los principales suministradores de fotones ionizantes: galaxias con formación estelar o agujeros negros en acreción.; Medición directa de la fracción de escape del continuo de Lyman (escape fraction) a z > 6.; Construcción de la imagen espacio-temporal de la reionización: cuándo y cómo se fusionaron las burbujas ionizadas.; Papel de las hipotéticas primeras estrellas (población III) y su función de masa inicial.; Contribución de las galaxias enanas, demasiado débiles para observaciones directas.

💡 La reionización fue la última transformación global de la materia en el Universo. Desde entonces, la estructura a gran escala del cosmos no ha vuelto a cambiar de fase y el Universo solo ha seguido expandiéndose, acelerándose gradualmente.