La causa de la transformación radical del universo millones de años después de su creación

Hubo un tiempo en que el universo era opaco, como una ciudad sumida en una espesa niebla. La luz de las estrellas no podía ser vista.

Pero unos mil millones de años después del Big Bang (la "explosión" con la que nació el universo), el gas se había vuelto completamente transparente. ¿Por qué? Una investigación basada en observaciones realizadas por el telescopio espacial James Webb ha descubierto la razón: las estrellas de las galaxias recién formadas emitieron luz suficiente para calentar e ionizar el gas que las rodeaba, despejando el cielo y dejando visible el paisaje cósmico a lo largo de un proceso que duró unos cientos de millones de años.

El estudio lo ha realizado por un equipo integrado, entre otros, por Simon Lilly, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH), y Daichi Kashino de la Universidad de Nagoya en Japón.

Los resultados del estudio aportan datos nuevos y reveladores sobre un periodo de tiempo conocido como la Era de la Reionización, cuando el universo experimentó los cambios drásticos que desembocaron en la transparencia del espacio. Tras el Big Bang, el gas del universo era increíblemente caliente y denso. A lo largo de cientos de millones de años, el gas se enfrió. Después, el gas volvió a calentarse e ionizarse (debido a la formación de las primeras estrellas en las galaxias) y, a lo largo de millones de años, se volvió transparente.

La comunidad científica lleva mucho tiempo buscando pruebas definitivas que de la naturaleza de estas transformaciones. Los nuevos resultados descorren finalmente el telón y muestran la parte final de este periodo de reionización. Al escrutar el universo a una distancia lo bastante grande, puede verse tal como era en aquella época, hace tantos años como años-luz nos separan del sector observado.

El telescopio espacial Webb no solo muestra claramente que estas regiones transparentes se encuentran alrededor de las galaxias más lejanas (y por tanto, más distantes en el tiempo), sino que también ha permitido medir su tamaño. Con los datos del Webb, el equipo de Lilly y Kashino ha conseguido ver cómo esas galaxias arcaicas reionizan el gas que las rodea.

Estas regiones de gas transparente son gigantescas en comparación con las galaxias. Los datos del Webb muestran que estas galaxias relativamente diminutas impulsaron la reionización del cosmos, despejando regiones masivas de espacio a su alrededor. Durante los siguientes cientos de millones de años, estas "burbujas" transparentes siguieron creciendo más y más, fusionándose finalmente entre ellas y provocando que todo el cielo se volviera transparente.

Las cuatro etapas principales por las que el universo pasó de ser opaco a ser transparente:

1: Nacimiento de las primeras estrellas y formación de las primeras galaxias. El universo es opaco, como una ciudad sumida en una espesa niebla. (Ilustración: NASA / ESA / CSA / Joyce Kang (STScI))

2: Las galaxias comienzan a alterar el gas alrededor de ellas, creando burbujas de transparencia. (Ilustración: NASA / ESA / CSA / Joyce Kang (STScI))

3: Esas burbujas de gas alterado, transparentes, se expanden. (Ilustración: NASA / ESA / CSA / Joyce Kang (STScI))

4: La expansión de las burbujas de gas alterado abarca todo el cielo del universo, que pasa a ser transparente, tal como lo vemos hoy. (Ilustración: NASA / ESA / CSA / Joyce Kang (STScI))

El equipo de Lilly y Kashino escrutó intencionadamente un sector del cosmos que data de poco antes del final de la Era de la Reionización, cuando el firmamento no era del todo transparente ni del todo opaco. En aquella época, contenía un mosaico de nubes de gas en diversos estados. Los científicos apuntaron al Webb en dirección a un cuásar (un agujero negro supermasivo activo cuyas inmediaciones son extremadamente luminosas), que actuó como una enorme linterna, iluminando el gas entre el cuásar y el telescopio.

A medida que la luz del cuásar viajaba hacia nosotros a través de distintas zonas de gas, era absorbida por el gas opaco o se desplazaba libremente a través del gas transparente. Esto reveló la ubicación y la amplitud de las zonas transparentes y de las opacas.

Los revolucionarios resultados obtenidos por el equipo de investigación no habrían  sido posibles si no se hubieran combinado los datos del Webb con observaciones del cuásar realizadas por el Observatorio W. M. Keck de Hawái, el VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile y el Telescopio Magallanes del Observatorio de Las Campanas en Chile.

A continuación, los investigadores utilizaron el Webb para identificar las galaxias cercanas a esta línea de visión y demostraron que, en general, las galaxias de esa zona y época del universo están rodeadas de regiones transparentes de unos 2 millones de años-luz de radio. En otras palabras, el Webb ha conseguido ser testigo de la acción de galaxias despejando el espacio a su alrededor al final de la Era de la Reionización. (Fuente: NCYT de Amazings)