Un equipo internacional de astrónomos financiado en parte por la NASA ha encontrado el grupo de galaxias más alejado identificado hasta la fecha. Llamado EGS77, el trío de galaxias data de una época en que el universo tenía solo 680 millones de años, o menos del 5% de su edad actual de 13,8 billones de años.

Más significativamente, las observaciones muestran que las galaxias son participantes en un amplio cambio cósmico llamado reionización. La era comenzó cuando la luz de las primeras estrellas cambió la naturaleza del hidrógeno en todo el universo de manera similar a la fusión de un lago congelado en primavera.

"El joven universo estaba lleno de átomos de hidrógeno, que atenúan tanto la luz ultravioleta que bloquean nuestra visión de las primeras galaxias", dijo James Rhoads del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien presentó los hallazgos el 5 de Enero en la 235ª reunión de la Sociedad Americana de Astronomía en Honolulu. "EGS77 es el primer grupo de galaxias atrapado en el acto de despejar esta niebla cósmica".

Si bien se han observado galaxias individuales más distantes, EGS77 es el grupo de galaxias más alejado hasta la fecha que muestra las longitudes de onda específicas de la luz ultravioleta lejana revelada por la reionización. Esta emisión, llamada luz Lyman alfa, es prominente en todos los miembros de EGS77.

En su primera fase, el universo era un plasma brillante de partículas, incluidos electrones, protones, núcleos atómicos y luz. El universo estaba en un estado ionizado, similar al gas dentro de un letrero de neón iluminado o un tubo fluorescente.

Después de que el universo se expandió y se enfrió durante aproximadamente 380.000 años, los electrones y protones se combinaron en los primeros átomos, más del 90% de ellos hidrógeno. Cientos de millones de años después, este gas formó las primeras estrellas y galaxias. Pero la presencia misma de este abundante gas plantea desafíos para detectar galaxias en el universo primitivo.

Los átomos de hidrógeno absorben fácilmente y reemiten rápidamente la luz ultravioleta lejana conocida como emisión Lyman alfa, que tiene una longitud de onda de 121,6 nanómetros. Cuando se formaron las primeras estrellas, parte de la luz que produjeron coincidía con esta longitud de onda. Debido a que la luz de Lyman alfa interactuaba fácilmente con los átomos de hidrógeno, no podía viajar mucho antes de que el gas la dispersara en direcciones aleatorias.

"La luz intensa de las galaxias puede ionizar el gas de hidrógeno circundante, formando burbujas que permiten que la luz de las estrellas viaje libremente", dijo el miembro del equipo Vithal Tilvi, investigador de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe. “EGS77 ha formado una gran burbuja que permite que su luz viaje a la Tierra sin mucha atenuación. Eventualmente, burbujas como estas crecieron alrededor de todas las galaxias y llenaron el espacio intergaláctico, reionizando el universo y despejando el camino para que la luz viaje a través del cosmos ".

Debido a que el universo se está expandiendo, la luz Lyman alfa de EGS77 se ha extendido durante sus viajes, por lo que los astrónomos realmente la detectan en longitudes de onda del infrarrojo cercano. No podemos ver estas galaxias en luz visible ahora porque esa luz comenzó en longitudes de onda más cortas que Lyman alfa y se dispersó por la niebla de los átomos de hidrógeno.

Para ayudar a seleccionar candidatos distantes, los investigadores compararon sus imágenes con datos disponibles públicamente de la misma región tomadas por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA. Las galaxias que aparecen brillantes en imágenes de infrarrojo cercano fueron marcadas como posibles candidatos, mientras que aquellas que aparecieron en luz visible fueron rechazadas por estar demasiado cerca.

El equipo confirmó las distancias a las galaxias de EGS77 utilizando el espectrómetro de objetos múltiples para exploración infrarroja (MOSFIRE) en el telescopio Keck I en el Observatorio W. M. Keck en Maunakea, Hawai. Las tres galaxias muestran líneas de emisión de Lyman alfa a longitudes de onda ligeramente diferentes, lo que refleja distancias ligeramente diferentes. La separación entre las galaxias adyacentes es de aproximadamente 2,3 millones de años luz, o un poco más cerca que la distancia entre la galaxia Andrómeda y nuestra propia Vía Láctea.

"Si bien este es el primer grupo de galaxias identificado como responsable de la reionización cósmica, las futuras misiones de la NASA nos contarán mucho más", dijo la coautora Sangeeta Malhotra en Goddard. "El próximo telescopio espacial James Webb es sensible a la emisión Lyman alfa de galaxias incluso más débiles a estas distancias y puede encontrar más galaxias dentro de EGS77".

Los astrónomos esperan que burbujas de reionización similares de esta época sean raras y difíciles de encontrar. El futuro telescopio WFIRST de la NASA podría descubrir ejemplos adicionales, iluminando aún más esta importante transición en la historia cósmica.