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Galaxias de guisantes verdes y reionización cósmica

Galaxias de guisantes verdes y reionización cósmica

Según la cosmología del Big Bang, la Edad Oscura cósmica ocurrió temprano en la historia del Universo, que se cree que nació aproximadamente 13. Hace 8 mil millones de años en la inflación exponencial salvaje y explosiva del espacio-tiempo. Durante esta era muy antigua, el Universo recién nacido se enfrió gradualmente desde su estado extremadamente cálido y denso original, y este período de enfriamiento permitió que electrones y protones se unieran y bailaran juntos para crear átomos de hidrógeno. Esto anunció el comienzo de la Edad Media , una era envuelta en una oscuridad impenetrable y un misterio seductor. La reionización se refiere al proceso que causó que la materia en el Universo se reionizara después de que la Edad Media finalmente hubiera terminado, cuando Los primeros objetos luminosos formados durante el Cósmico Amanecer . En agosto 2020, un equipo internacional de cosmólogos anunció que habían podido demostrar que las galaxias primordiales desencadenaron la era de la reionización.

Los cosmólogos llegaron a su conclusión al estudiar galaxias de guisantes verdes. La astrónoma con sede en Ginebra, Suiza, la Dra. Anne Verhamme, dirigió el equipo que realizó estas importantes observaciones nuevas. El Dr. Verhamme recibió el premio 2020 Marie Heim-Vogtlin de la Swiss National Science Foundation (SNSF) .

Las galaxias de guisante verde se consideran un tipo de Galaxia compacta azul luminosa que experimenta tasas muy altas de nacimiento de estrellas. Las galaxias de guisante se llaman así debido a su tamaño relativamente pequeño y su tono verdoso como se ve en las imágenes obtenidas por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS). El SDSS es una importante encuesta multiespectral de imagen y espectroscópica de desplazamiento al rojo que utiliza un telescopio óptico de gran angular de 2.5 m dedicado en Apache Point, Nuevo México, en los Estados Unidos. El término desplazamiento al rojo se refiere al desplazamiento de las líneas espectrales hacia longitudes de onda más largas, el extremo rojo del espectro.

Las galaxias de guisantes fueron descubiertas por científicos ciudadanos voluntarios en 2007. Los voluntarios estaban trabajando en la sección del foro del proyecto de astronomía en línea llamado Galaxy Zoo (GZ) , que forma parte del portal web de Zooniverse.

Guisantes verdes

Las galaxias de guisante son galaxias compactas de línea de emisión ricas en oxígeno, que tienen una masa baja y tienen un límite de tamaño superior que las hace generalmente no más grandes que aproximadamente 16, 300 años luz de ancho. Estas pequeñas galaxias generalmente habitan en entornos que tienen menos de dos tercios de la densidad de los entornos normales de galaxias con variedad de jardín. Un promedio p ea galaxia muestra un desplazamiento al rojo de z = 0. 258 , una masa de aproximadamente 3, 200 millones de veces la de nuestro Sol, una tasa de formación de estrellas de aproximadamente 10 masas solares al año, y una metalicidad baja . Metalicidad baja significa que las estrellas constituyentes dentro de estas pequeñas galaxias no han producido mucho en el camino de elementos atómicos más pesados ​​que el hidrógeno. Las estrellas son responsables de fabricar todos los elementos atómicos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio en el Universo a través del proceso de fusión nuclear. Los elementos atómicos más pesados ​​que el helio son llamados metales por los astrónomos.

Estas pequeñas galaxias son notables por sus altas tasas de formación de estrellas, en lugar de tener un brillante núcleo galáctico activo (AGN). AGN son discos de acreción deslumbrantes que rodean agujeros negros supermasivos que se cree que existen en quizás todas las galaxias grandes del Cosmos, incluida nuestra gran galaxia espiral de la Vía Láctea. Las galaxias de guisante también muestran una fuerte línea de emisión de oxígeno doblemente ionizado , que es un mecanismo prohibido del espectro visible y solo es posible a muy baja densidad . Cuando se estudió todo el catálogo SDSS , solo 40, 222 de estos pequeños objetos fueron detectados. Esto sugiere que las galaxias de guisantes verdes son raras en el Universo.

Las galaxias de guisante son las galaxias de nacimiento de estrellas menos masivas y más activas del Cosmos. Esto indica que estas galaxias pequeñas y densas probablemente habrían sido habitantes normales del antiguo universo. Sin embargo, no vemos galaxias pequeñas igualmente activas en el Universo moderno. Por lo tanto, las galaxias de guisantes verdes pueden desempeñar un papel importante al contarles a los astrónomos algo sobre cómo nacieron las estrellas en el Universo antiguo, así como sobre cómo evolucionaron las galaxias.

Las galaxias de guisantes verdes provienen de una época en que el Cosmos tenía aproximadamente las tres cuartas partes de su edad actual. Esto significa que proporcionan pistas valiosas sobre cómo se formaron las galaxias primordiales, así como la trayectoria evolutiva que las galaxias finalmente tomaron en el Universo temprano. Algunos cosmólogos creen que las galaxias de guisantes son galaxias realmente antiguas que formaron la mayor parte de su masa estelar hace varios miles de millones de años. Esto se debe a que las estrellas viejas han sido espectroscópicamente confirmadas en uno de un trío de galaxias estudiadas por un equipo de investigadores. Se detectó la presencia de magnesio en esa galaxia, lo que indica que es muy antigua.

Reionización cósmica

La Época de reionización se refiere a una era en la historia antigua del Universo. Durante esta era, el medio intergaláctico principalmente neutral fue ionizado por el nacimiento de la primera generación de ardientes estrellas bebés, cuya luz brillante ahuyentó la oscuridad primordial. Las fuentes luminosas que provocaron el Amanecer Cósmico , que terminó con la misteriosa oscuridad de la Edad Media , incluyen no solo a las primeras estrellas, sino también a sus galaxias anfitrionas. , quásares (especialmente activos y brillantes AGN ), o alguna combinación de las tres fuentes. Al estudiar la reionización , los científicos pueden aprender mucho sobre el proceso de formación de estructuras en el Cosmos primordial, y también descubrir los vínculos evolutivos entre la distribución extremadamente suave de la materia en el Universo antiguo, como se reveló en la radiación de fondo Cosmic Microwave Background (CMB) (una reliquia del Big Bang), y en el universo altamente estructurado que vemos hoy, que alberga galaxias y cúmulos de galaxias. Cuando comenzó la Edad Media , el Universo era fluido. En contraste dramático, cuando la Edad Media terminó, las estructuras se habían formado en lo que anteriormente era una extensión de negrura sin rasgos distintivos.

Después del nacimiento del Universo Big Bang, hace casi 14 hace mil millones de años, hacía mucho calor, pero rápidamente se convirtió en un caldero de enfriamiento lleno de partículas fundamentales. Después del paso de unos cientos de miles de años, el Cosmos se había enfriado hasta el punto de que los protones y los electrones podrían fusionarse para crear hidrógeno neutro. Este fue un evento dramático y repentino, y permitió que el resplandor térmico del plasma de bola de fuego primordial, tal como existía inmediatamente antes del evento de formación, irradiara por todo el Cosmos libremente, sin impedimentos por interacciones continuas con las partículas cargadas de las partículas ahora no existentes. plasma. La luz liberada ha estado bailando en Spacetime desde entonces. Hoy, este brillo primordial se ha extendido por la expansión acelerada del Universo, y es lo que los astrónomos ahora llaman la radiación CMB . El CMB se puede observar dondequiera que miremos, en todas las direcciones del espacio-tiempo. Por lo tanto, el CMB es la huella congelada de las antiguas fluctuaciones de densidad en el Universo primordial, extendido a proporciones cosmológicas.

La época de reionización terminó aproximadamente mil millones de años después del Big Bang. Antes de ese momento, las observaciones se vuelven más difíciles para los astrónomos. En su mayor parte, los observadores intentan descubrir objetos aislados y extremadamente luminosos cuya radiación, de una forma u otra, ha logrado alcanzarlos con éxito a través del medio cada vez más neutro. Después de que el Universo se volvió neutral, se volvió inobservable en gran parte del espectro electromagnético. Cualquier radiación de longitud de onda corta, que podría haber sido emitida, fue rápidamente absorbida por el gas atómico envolvente, por lo tanto, la Edad Oscura. Gradualmente, colapso gravitacional de regiones sobredensas del Universo primordial, lo mismo Las regiones que los astrónomos pueden observar en la huella CMB desde la antigüedad – resultaron en la formación de más y más estructura dentro del medio neutro. Finalmente, nació la primera generación de brillantes estrellas bebés, así como las galaxias y los cúmulos de galaxias que acogieron a estos ardientes bebés estelares. Desafortunadamente, el mecanismo preciso y la naturaleza de esta formación de estructura, poco restringida por la observación, permanece oculta en el misterio: sabemos cómo se ve el Universo ahora y cómo se veía en el momento del CMB , pero no se sabe cómo hizo la transición dramática de uno a otro.

A medida que las estructuras continuaron colapsándose, se formaron variaciones de temperatura. Lentamente, la radiación energética emitida por las primeras fuentes luminosas dio como resultado un calentamiento local, y luego la ionización del hidrógeno en el Universo. Esto habría comenzado con « burbujas '' de plasma ionizado que rodea las fuentes más energéticas. A medida que las burbujas crecían en tamaño y se volvían más numerosas, procedían a superponerse, y cada vez más del hidrógeno neutro quedaba expuesto a los fuertes estallidos de radiación ionizante, que viajaban sin obstáculos a través de regiones ionizadas. El gran final de la reionización ocurrió muy rápidamente. Tan pronto como se reionizó la mayor parte del Universo, la luz danzante en muchas longitudes de onda podía volar libremente lejos de las galaxias y los cuásares recién nacidos, revelando las regiones remotas y más antiguas del Cosmos a los telescopios ópticos e infrarrojos.

Técnica de medición nueva y exitosa

La primera generación de estrellas en el Universo emitió grandes cantidades de luz ultravioleta (UV) capaz de ionizar átomos de hidrógeno neutros. Sin embargo, durante muchos años, los astrónomos no pudieron explicar dónde se originó la potente luz UV ionizante. La mayoría de las galaxias observadas no emiten fotones ionizantes, y las pocas excepciones emiten muy poca radiación UV para mantener el universo ionizado.

La Dra. Anne Verhamme, de la Universidad de Ginebra, sugiere que las galaxias de guisantes , descubiertas por primera vez hace solo una década, probablemente emitan cantidades suficientemente grandes y potentes. de fotones ionizantes. Su idea se basa en las propiedades muy específicas de los rayos emitidos por los átomos de hidrógeno dentro de estas galaxias, llamadas radiación Lyman-alfa. Muchos astrónomos piensan que galaxias de guisantes verdes ) son similares a las galaxias primordiales porque son extremadamente compactas y también están dando a luz a su primera generación de ardientes estrellas bebé. Las galaxias de guisantes también están bien dotadas de gas.

Utilizando datos derivados del Telescopio Espacial Hubble (HST) , el Dr. Verhamme y un equipo internacional de colaboradores pudieron demostrar que verde Las galaxias de guisantes emiten grandes y poderosas cantidades de fotones ionizantes. Si, de hecho, las galaxias de guisantes son análogas a las galaxias primordiales, la conclusión lógica sería que las galaxias desencadenaron la reionización del Universo más que 13 hace mil millones de años.