¿Las supernovas ayudaron a volver transparente el universo temprano? Un estudio aporta nuevas pistas
Durante los primeros tiempos del cosmos, el espacio entre las galaxias estuvo cubierto por una niebla de hidrógeno neutro que bloqueaba la radiación ultravioleta. Hace unos 13.000 millones de años, esa barrera comenzó a desaparecer. La energía emitida por las primeras galaxias separó los átomos de hidrógeno en protones y electrones. Ese proceso, por el que el universo se volvió transparente, recibe el nombre de reionización.
La incógnita sigue abierta: los astrónomos no saben con precisión cómo los fotones capaces de provocar ese cambio lograron salir de aquellas galaxias jóvenes. Una explicación frecuente sostenía que las supernovas, explosiones que marcan el final de algunas estrellas masivas, expulsaban gas y abrían canales para que la radiación llegara al espacio entre las galaxias.
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Un estudio publicado en la revista Nature Astronomy aporta indicios de una secuencia distinta. La radiación ionizante escapa antes de los vientos galácticos rápidos vinculados con las supernovas. El equipo examinó seis galaxias cercanas que permiten estudiar procesos semejantes a los del universo temprano. Por eso, el resultado no es una observación directa de la época de reionización.
En términos simples, el estudio busca averiguar por qué la luz pudo salir de las primeras galaxias. La respuesta importa porque ayuda a explicar cómo el universo pasó de estar cubierto por una niebla de gas a dejar que la luz viajara por el espacio.
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Para poner a prueba esa hipótesis, un equipo internacional usó el Telescopio Espacial Hubble para observar seis galaxias cercanas donde nacen estrellas a gran velocidad. No son galaxias del universo temprano: se eligieron como referencias actuales porque comparten rasgos con las galaxias compactas y luminosas que habrían contribuido a la reionización.
Los investigadores analizaron el espectro de cada galaxia, es decir, la forma en que su luz se distribuye según la longitud de onda. El gas absorbe parte de esa luz y deja señales que permiten calcular cómo se mueve. Así midieron la velocidad de los vientos galácticos, corrientes de gas que salen de una galaxia, y la fracción de radiación ionizante que consigue atravesarla.
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La comparación desafió la expectativa de que las supernovas despejaran el camino. Las galaxias con vientos más veloces dejaron escapar una menor proporción de radiación ionizante, mientras que los sistemas más jóvenes mostraron una fuga mayor, según el comunicado de la Universidad de Míchigan.
Cody Carr, investigador posdoctoral del Departamento de Astronomía de la Universidad de Míchigan y autor principal del estudio, resumió el contraste con la explicación previa. “La forma en que estas galaxias dejaban escapar radiación ionizante no era la que pensábamos”, afirmó Carr, según el comunicado institucional.
La radiación ionizante está formada por fotones con energía suficiente para arrancar electrones de los átomos. El estudio se concentró en el continuo de Lyman, una parte de la luz ultravioleta cuyos fotones pueden ionizar el hidrógeno. Dicho de otro modo, pueden modificarlo de modo que deje de bloquear la radiación con la misma facilidad.
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Los datos indican que el escape alcanza su punto más alto durante los primeros tres millones de años del brote estelar. En esa etapa predominan la radiación intensa y los vientos de las estrellas jóvenes, flujos de materia que expulsan esos astros masivos. Todavía no aparece un viento galáctico rápido. En las galaxias con brotes de más de tres millones de años, el equipo detectó vientos más veloces y una mayor cantidad de polvo.
“Las observaciones muestran que estos fotones escapan antes de que se formen los vientos galácticos”, afirmó Carr, investigador posdoctoral de la Universidad de Míchigan, según el comunicado. El resultado sugiere que la radiación y los vientos estelares actúan primero sobre el gas cercano. Después, la etapa asociada con las supernovas podría dificultar la salida de esa radiación.
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Stephan McCandliss, autor sénior y director del Centro de Ciencias Astrofísicas de la Universidad Johns Hopkins, atribuyó ese cambio al efecto de las supernovas sobre el entorno. “La energía aportada por las supernovas parece haber agitado el entorno y aumentado la cobertura de gas neutro y polvo que reduce el escape de radiación ionizante”, afirmó, según el comunicado de la Universidad de Míchigan.
La diferencia entre los vientos de las estrellas y los vientos galácticos importa para los modelos que reconstruyen el universo temprano. Según se detalla en el estudio, el escape de radiación ionizante disminuye después de que comienza un viento impulsado por supernovas, durante los primeros diez millones de años de formación estelar. Ese viento incorpora gas y polvo, por lo que aumenta el material capaz de absorber los fotones.
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Renyue Cen, autor sénior, profesor y director del Centro de Cosmología y Astrofísica Computacional de la Universidad de Zhejiang, señaló que las simulaciones deben prestar más atención a la etapa previa a las primeras explosiones: “Nuestros hallazgos resaltan la necesidad de examinar cómo la radiación y los vientos de las estrellas jóvenes moldean el gas circundante antes de que exploten las primeras supernovas”.
El comunicado señala que el equipo busca más tiempo de observación con Hubble para reunir datos sobre el escape de radiación ionizante. Esas mediciones permitirán examinar con mayor detalle cómo los procesos observados en galaxias cercanas pueden incorporarse a los modelos sobre la reionización.
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