Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han descubierto algo inesperado: luz ultravioleta proveniente de una galaxia que existió tan solo 1.400 millones de años después del Big Bang. Esta galaxia contiene agrupaciones estelares jóvenes muy densas que producen luz ionizante capaz de transformar el gas neutro y opaco que se encuentra dentro y alrededor de la galaxia, permitiéndonos observarla con claridad. Esto sugiere que galaxias similares en el universo primitivo fueron responsables de disipar la niebla neutra de hidrógeno que alguna vez llenó el cosmos.
Un artículo que describe este descubrimiento se publicó el 23 de junio en la revista Astrophysical Journal.
La galaxia, catalogada como MXDFz4.4, existió al final de la Era de la Reionización, un período de transformación en nuestro universo. Durante aproximadamente los primeros mil millones de años del cosmos, el gas entre estrellas y galaxias era opaco a la luz ultravioleta energética. Con el paso del tiempo, el gas se volvió transparente, es decir, se ionizó. Este cambio no fue instantáneo, sino que probablemente tardó cientos de millones de años. Los investigadores siguen recopilando pruebas para comprender completamente cómo ocurrió esto, razón por la cual MXDFz4.4 sienta un precedente crucial.
«Se creía imposible observar una galaxia como esta», afirmó el autor principal, Ilias Goovaerts, investigador postdoctoral del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore. «Los investigadores esperaban que la ‘niebla’, o hidrógeno neutro, que llenaba el universo primitivo fuera demasiado densa y oscureciera nuestra visión de su luz ionizante. El Hubble no solo detectó esa luz, sino que también ayudó a revelar detalles increíbles sobre las características de la galaxia».
Gran ‘escape’ de luz
Las estrellas jóvenes y masivas emiten luz ultravioleta capaz de ionizar átomos de hidrógeno. A medida que esta luz viajaba durante más de 12 mil millones de años hasta llegar al Hubble, el espacio se expandió y la luz se estiró, o corrigió al rojo, convirtiéndose en luz visible. La cobertura de longitud de onda del Hubble, combinada con la sensibilidad y la resolución de su posición de observación en el espacio, lo convierte en el único telescopio capaz de capturar esta luz ultravioleta del universo primitivo.
«Los astrónomos han encontrado muchas galaxias que existieron en este punto de la historia del universo, pero no hemos detectado fotones ionizantes en ninguna de ellas, lo que convierte a MXDFz4.4 en una galaxia única», afirmó Marc Rafelski, coautor y subdirector de la misión Hubble en el STScI.
Las largas exposiciones del Hubble, obtenidas de varios estudios existentes, revelaron que las estrellas jóvenes y masivas de la galaxia son la fuente de la luz ultravioleta, que limpió el espacio circundante. Estas estrellas se formaron en explosiones durante los últimos millones de años de existencia de MXDFz4.4 y se encuentran muy agrupadas.
Amplificando este efecto de hacinamiento, MXDFz4.4 es aproximadamente 100 veces más pequeña en área que nuestra Vía Láctea, pero está formando estrellas 10 veces más rápido.
«Muchas estrellas jóvenes, calientes y masivas en un espacio pequeño atraviesan mejor el gas opaco», explicó Goovaerts. Los investigadores estiman que entre el 50 % y el 100 % de la luz ionizante y energética de las estrellas jóvenes escapa del gas circundante.
La vida útil de las estrellas masivas también influye, ya que solo viven unos pocos millones de años. Muchas explotan como supernovas, liberando cantidades gigantescas de energía y creando enormes agujeros que permiten que escape aún más luz.
Colaboración con otros observatorios
El Hubble no podría haber realizado esto solo. Estas conclusiones están respaldadas por datos de observación obtenidos por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA en luz infrarroja cercana y por el Campo Extremadamente Profundo MUSE (MXDF), que da nombre a la galaxia, capturado por el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en luz visible.
El equipo utilizó los datos del Webb para determinar la masa de la galaxia, analizar sus estrellas más antiguas y medir su historia de formación estelar. Las estrellas más antiguas de la galaxia son menos masivas y más frías, por lo que no son responsables de los cambios en el gas que las rodea.
La comparación de los datos del Hubble y del Webb también reveló que la formación estelar reciente se produjo en ráfagas. «Sin el Webb para aclarar lo que vimos en las imágenes del Hubble, no podríamos haber llegado a estas conclusiones», afirmó Rafelski.
Los datos del VLT determinaron cuándo existió MXDFz4.4: 1400 millones de años después del Big Bang. Antes de este descubrimiento, los investigadores solo habían identificado una galaxia que emitía luz ionizada, de una época en la que el universo tenía 1600 millones de años. Solo se han identificado algunos ejemplos adicionales, y estos existieron cuando el universo tenía unos 2000 millones de años. MXDFz4.4 acerca a los investigadores a obtener conclusiones definitivas sobre cómo se desarrolló la era de la reionización.
Ampliando nuestro conocimiento
El estudio de la era de la reionización es una labor que lleva décadas en curso. Los investigadores utilizan estadísticas sobre las poblaciones estelares en galaxias cercanas, que podemos observar con gran detalle, para formular hipótesis bien fundamentadas sobre lo que pudo haber ocurrido en las galaxias del universo primitivo, en parte porque sus poblaciones estelares son demasiado distantes para observarlas con precisión.
En 2023, investigadores que utilizaron el telescopio Webb demostraron que las estrellas de las galaxias emitieron suficiente luz como para calentar e ionizar el gas que las rodeaba 900 millones de años después del Big Bang. Este fue un gran avance, pero los astrónomos necesitan galaxias como MXDFz4.4 para explicar completamente cómo ocurrió el proceso, ya que muestra cómo la luz de alta energía de las estrellas jóvenes logró escapar del gas y el polvo dentro de la propia galaxia.
Es posible que existan otras galaxias como MXDFz4.4 aún por descubrir.
«Las observaciones de MXDFz4.4 realizadas por el Hubble nos permiten poner a prueba nuestras hipótesis mucho más cerca de la era de la reionización que nunca antes», dijo Rafelski. «Encontrar más galaxias, especialmente en épocas cósmicas ligeramente posteriores, donde se pueden obtener muestras más grandes, nos permitiría refinar estas mediciones y descubrir qué fue lo que aclaró nuestra visión al final de esa era».
Con información de The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae75b0
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