Y la luz se hizo en el Universo

El estudio de un periodo tan primitivo en la historia cósmica es técnicamente difícil, ya que se necesitan observaciones muy precisas de galaxias extremadamente distantes y tenues, una tarea que sólo puede ser realizada por los telescopios más potentes. Durante tres años, los científicos utilizaron el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Cerro Paranal (Chile) como una máquina del tiempo para viajar al pasado , hacia el Universo primitivo, y poder observar las galaxias más lejanas. El equipo fue capaz de medir sus distancias con precisión y determinó que las estamos viendo tal como eran entre 780 millones y mil millones de años después del Big Bang.

Las nuevas observaciones permitieron a los astrónomos establecer por primera vez un cronograma para lo que se conoce como la era de la reionización. Durante esta fase, la niebla de gas de hidrógeno en el Universo primitivo se fue despejando, permitiendo que la luz ultravioleta pasara sin obstáculos por primera vez.

«Los arqueólogos pueden reconstruir una cronología del pasado a partir de los artefactos que encuentran en las diferentes capas del suelo. Los astrónomos podemos hacer algo mejor: podemos ver directamente en el pasado remoto y observar la tenue luz de las galaxias en diferentes etapas de la evolución cósmica», explica Adriano Fontana, del Observatorio Astronómico de Roma y responsable de la investigación. «Las diferencias entre las galaxias nos hablan de las cambiantes condiciones en el Universo en este importante período, y la rapidez con que estos cambios fueron ocurriendo».

Los diferentes elementos químicos brillan en colores característicos. Estos signos en el brillo se conocen como líneas de emisión. Una de las líneas de emisión de rayos ultravioleta más fuertes es la línea Lyman-alfa , que proviene del gas de hidrógeno. Es lo suficientemente brillante y reconocible como para ser vista incluso en las observaciones de galaxias muy débiles y lejanas.

Detectar la línea Lyman-alfa de cinco galaxias lejanas permitió al equipo determinar las distancias de las galaxias y, de esta forma, saber cuánto tiempo después del Big Bang las estaban observando. Esto les permitió colocarlas en orden, creando una línea de tiempo que muestra cómo la luz de las galaxias fue evolucionando . Además, fueron capaces de ver hasta qué punto la emisión Lyman-alfa -proveniente del hidrógeno que brilla al interior de las galaxias- fue reabsorbida por la niebla de hidrógeno neutro en el espacio intergaláctico en diferentes puntos en el tiempo.

«Vemos una diferencia dramática entre la cantidad de luz ultravioleta que fue bloqueada en las galaxias más tempranas y en las más tardías de la muestra», dice la autora principal, Laura Pentericci, del Observatorio Astronómico de Roma. «Cuando el Universo tenía sólo 780 millones años de edad, este hidrógeno neutro era muy abundante, ocupando entre un 10 y un 50% del volumen del Universo. Pero sólo 200 millones de años después, la cantidad de hidrógeno neutro se había reducido a un nivel muy bajo, similar al que vemos hoy en día. Parece que la reionización debe haber ocurrido más rápido de lo que los astrónomos pensaban».

Además de sondear la velocidad a la que se despejó la niebla primordial, las observaciones del equipo también apuntan a la probable fuente de luz ultravioleta que proporcionó la energía necesaria para que se produjera la reionización. Varias teorías compiten para explicar el origen de esta luz, entre las cuales destacan dos: la primera generación de estrellas en el Universo, y la intensa radiación emitida por materia que cae hacia un agujero negro.

«El análisis detallado de la tenue luz de dos de las galaxias más distantes que encontramos sugiere que la primera generación de estrellas podría haber contribuido a la producción de la energía observada», dice Eros Vanzella, del Observatorio de Trieste. «Se trataría de estrellas muy jóvenes y masivas, cerca de 5.000 veces más jóvenes y cien veces más masivas que nuestro Sol , y podrían haber sido capaces de disolver la niebla primordial y volverla transparente ».

Las mediciones de alta precisión requeridas para confirmar o refutar esta hipótesis, y demostrar que las estrellas pueden producir la energía necesaria, requieren observaciones desde el espacio o con el planeado Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT) de ESO, que será el ojo más grande del mundo en el cielo cuando esté terminado, a principios de la próxima década.