Las galaxias que acabaron con la «Edad Oscura» del Universo

Según un nuevo estudio Llevado a cabo por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y que se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , la luz ultravioleta de las estrellas que formaban estas antiquísimas galaxias enanas ayudó a arrancar electrones al hidrógeno interestelar en un proceso de vital importancia llamado reionización.

La época de la reionización comenzó alrededor de doscientos millones de años después del Big Bang, cuando el Universo era aún muy joven, y los científicos creen que hicieron falta cerca de 800 millones de años más para que todo el Universo se reionizara por completo. Lo cual marcó la mayor fase de transición de todo el gas existente, que sigue estando ionizado en la actualidad.

El término reionización se usa porque el Universo ya estaba ionizado inmediatamente después del Big Bang . Durante esa época, la materia ordinaria, la que después formaría todas las galaxias, estrellas y planetas que vemos, sólo consistía en átomos de hidrógeno con protones cargados positivamente y electrones con carga negativa que viajaban libremente. Sin embargo, y a medida que se expandía, el Universo se fue enfriando hasta llegar a la temperatura suficiente como para que electrones y protones empezaran a combinarse para formar hidrógeno neutro (sin carga eléctrica).

Estos átomos no emitían ninguna clase de luz, ni visible ni ultravioleta. Y sin esa luz, los astrofísicos son incapaces de encontrar con sus telescopios pistas que les aclaren cómo evolucionó el Universo durante aquella "Edad Oscura". La luz, de hecho, no existió hasta cuando empezó la reionización, momento en que los investigadores empiezan a vislumbrar a jóvenes galaxias y a estudiar sus características.

Pero los astrofísicos no están de acuerdo cuando se trata de determinar qué clase de galaxias fueron exactamente las que jugaron un papel más destacado en aquella lejana época. Y es aquí donde el estudio de los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, y su nueva teoría, cobran relevancia. De hecho, afirman que no hay que fijarse en las galaxias más grandes, sino en las más pequeñas para comprender lo que sucedió. Sin ellas, aseguran, ninguno de nosotros estaría aquí para intentar reconstruir esa historia.

Utilizando simulaciones informáticas, los científicos han logrado demostrar cómo y por qué las galaxias más pequeñas y menos brillantes resultaron esenciales. De hecho, y a pesar de tener una masa mil veces menor (y un tamaño 30 veces inferior) a nuestra Vía Láctea, estas pequeñas galaxias contribuyeron con un impresionante 30 por ciento a la cantidad necesaria de rayos ultravioleta necesarios para el proceso.

A menudo, los expertos en reionización han ignorado estas galaxias enanas porque suponían que no eran capaces de formar estrellas. Se suponía que la radiación ultravioleta procedente de otras galaxias mayores de los alrededores sería demasiado fuerte para permitir la génesis estelar en sus pequeñas vecinas.

"Pero resulta que sí formaron estrellas -explica John Wise, director de la investigación- por lo general en una sola ráfaga, cerca de 500 millones de años después del Big Bang. Las galaxias eran pequeñas, pero tan abundantes que, juntas, aportaron una fracción muy significativa de la luz ultravioleta necesaria para el proceso de reionización".

Las simulaciones llevadas a cabo por el equipo modelaron el flujo de luz ultravioleta estelar a través del gas, a medida que las estrellas se formaban. Y hallaron que la fracción de fotones ionizados que escapaban al espacio intergaláctico era de hasta un 50% en los halos galácticos más pequeños (de unos 10 millones de masas solares), mientras que sólo era de un 5% en los halos más grandes (de 300 millones de masas solares o más).

Ese porcentaje tan elevado, combinado con la extraordinaria abundancia de galaxias enanas en aquella época, jugó un papel esencial durante la reionización.

"Resulta muy difícil para los rayos ultravioleta escapar de las galaxias -explica Wise- a causa de la densidad de los gases que la forman. En las galaxias pequeñas, sin embargo, hay mucho menos gas entre las estrellas, lo que facilita que los rayos ultravioleta escapen, ya que no son absorbidos tan rápidamente. Además, las explosiones de supernovas pueden abrir auténticos canales en estas pequeñas galaxias, a través de los que los rayos ultravioleta también pueden escapar".

Los resultados de las simulaciones ofrecen una escala temporal que reconstruye fielmente el proceso de reionización a lo largo de cientos de millones de años. Cerca de 300 millones de años tras el Big Bang, el Universo estaba ionizado en un 20%. Un porcentaje que subió hasta el 50% unos 200 millones de años después. El Universo estuvo completamente ionizado unos 860 millones de años después de su creación.

"El hecho de que estas galaxias tan pequeñas puedan contribuir tanto al proceso de reionización es toda una sorpresa", afirma Michael Norman, coautor del estudio. "Una vez más, los superordenadores nos enseñan algo nuevo e inesperado, algo que tendrá que ser incluído en los futuros estudios que se hagan sobre la reionización".

Los investigadores esperan aprender más sobre estas débiles galaxias cuando la próxima generación de telescopios esté operativa. Por ejemplo el Telescopio Espacial James Webb , cuyo lanzamiento está previsto para 2018 y que será capaz de ver muchos más detalles de estas pequeñas galaxias.