Una galaxia guisante verde muestra cómo se iluminó el universo primigenio

El universo, de joven, era un lugar oscuro. Pocos cientos de millones de años después del Big Bang se formaron las primeras estrellas, y su radiación ultravioleta ionizó los átomos de hidrógeno que poblaban el cosmos y absorbían la radiación. Esta fase se conoce como la era de la reionización y marca el momento en que el universo se volvió transparente a la luz, y por lo tanto, observable.

Ahora, un equipo de astrónomos ha usado el instrumento PMAS en el Observatorio de Calar Alto para estudiar una galaxia de la clase guisante verde. Se trata de una galaxia análoga local de las primeras galaxias del universo, utilizada para comprender cómo la luz ultravioleta escapa e ioniza áreas distantes en un proceso similar al de la reionización.

“Debido a su enorme distancia, no podemos observar las galaxias que albergaban estas primeras estrellas, ni siquiera con los futuros telescopios extremadamente grandes planeados. Pero podemos buscar análogas cercanas de estas galaxias y estudiarlas en lugar de sus parientes distantes. Se les ha asignado un nombre curioso, las galaxias guisante verde, porque brillan con luz verde», apunta Genoveva Micheva, astrónoma del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) que dirige el estudio.

La guisante verde más cercana es NGC 2366, una galaxia enana irregular parecida a la Gran Nube de Magallanes. A una distancia de solo once millones de años luz de distancia, NGC 2366 está lo suficientemente cerca como para ser estudiada en detalle: incluso, podemos observar sus estrellas más brillantes de forma individual en imágenes tomadas con grandes telescopios, como el de 3,5 metros de diámetro ubicado en Calar Alto.

En la región sur de NGC 2366 se encuentra Mrk 71, una nebulosa gigante y dos cúmulos de estrellas jóvenes y calientes que iluminan el gas (principalmente hidrógeno) que los rodea. Estos grandes complejos nebulares son lugares donde se están formando estrellas masivas.

Escape de luz ultravioleta

Mrk 71 es tan grande que domina las propiedades de ionización de toda la galaxia NGC 2366: es decir, emite fotones tan energéticos que pueden eliminar el único electrón de cada átomo de hidrógeno a su alrededor. La luz ultravioleta, que los astrónomos creen que fue la responsable de la época de la Reionización, escapa de los confines de esta galaxia.

Pero este tipo de luz es extremadamente sensible a la presencia de gas y polvo, y es fácilmente absorbida y dispersada por ambos, de modo que hasta la fecha no conocíamos cómo puede desplazarse semejantes distancias.

Los astrónomos de AIP han estudiado, por primera vez, el complejo mecanismo del escape de la luz ultravioleta utilizando el espectrofotómetro de apertura múltiple Potsdam (PMAS) de Calar Alto. Y el análisis en detalle de estas observaciones únicas ha proporcionado evidencias de un escape de gas a velocidad supersónica.

El flujo de salida comienza en un grupo de estrellas jóvenes, decenas de veces más masivas que el Sol, detectadas con anterioridad por el Telescopio Espacial Hubble. Este flujo de salida produce un agujero en el gas, que allana el camino para que la luz ultravioleta se escape de la galaxia sin impedimentos. «Encontramos evidencias que apoyan este escenario al crear y examinar mapas espaciales de la densidad y la temperatura del electrón, la velocidad del sonido y el número de Mach», apunta Micheva (AIP).

El número de Mach promedio (o la relación entre la velocidad del objeto de estudio y la velocidad del sonido) dentro de Mrk 71 es supersónico y aumenta a hipersónico fuera del núcleo de la región. Esto indica una caída repentina en la densidad del gas. «Demostramos que esta caída en la densidad puede ser bastante dramática, suficiente para reducir la densidad del gas a niveles completamente transparentes para fotones ionizantes», enfatiza Micheva (AIP).

Es probable que tenga lugar un proceso similar en el universo lejano: los flujos intensos de gas podrían perforar el gas denso de sus galaxias anfitrionas y, así, despejar el camino para el escape de la energía ultravioleta, que marcaría el comienzo de la Reionización y el final de las edades oscuras.

El Observatorio Astronómico Hispano-Alemán de Calar Alto está situado en la Sierra de Los Filabres, norte de Almería. Es operado conjuntamente por el Instituto Max-Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC) en Granada, España. Es una Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) que cuenta con cuatro telescopios de 3,5, 2,2, 1,23 y 0,8 metros de apertura.