Los estallidos de rayos gamma revelan las tenues galaxias que reionizaron el Universo
Imagen destacada: Impresión artística de un estallido de rayos gamma largo y su galaxia anfitriona; crédito: NASA/Swift/Cruz deWilde
Una de las preguntas más persistentes en cosmología es qué causó la reionización del Universo, la época en que el gas de hidrógeno neutro fue despojado de sus electrones por una intensa radiación ultravioleta, permitiendo que la luz viajara libremente por el espacio por primera vez. Las galaxias formadoras de estrellas son las principales candidatas, pero los astrónomos han tenido dificultades para determinar si las galaxias más brillantes y fácilmente observables realizaron el trabajo, o si una vasta población de galaxias tenues y apenas detectables fue la responsable.
Un nuevo estudio publicado en Astrophysical Journal Letters proporciona la evidencia más sólida hasta ahora para la hipótesis de las galaxias tenues. Utilizando dos décadas de datos del satélite Swift de la NASA, un equipo de astrónomos ha demostrado que los estallidos de rayos gamma largos (LGRB) pueden servir como trazadores imparciales de la formación estelar a lo largo del tiempo cósmico, revelando galaxias demasiado débiles incluso para el telescopio espacial James Webb.
Los estallidos de rayos gamma como sondas cósmicas
Los estallidos de rayos gamma largos son los eventos electromagnéticos más luminosos del Universo, producidos cuando estrellas masivas colapsan directamente en agujeros negros. Debido a que son tan brillantes, son detectables a distancias cósmicas independientemente del tamaño o brillo de sus galaxias anfitrionas. Esto los convierte en una herramienta estadística ideal para medir la actividad de formación estelar tanto en galaxias brillantes como en tenues.
El equipo, dirigido por Jing-Meng Hao de la Universidad de Padua e incluyendo investigadores de la Academia China de Ciencias, INAF y la Scuola Normale Superiore de Pisa, analizó LGRB detectados por Swift en el rango de corrimiento al rojo (redshift) de 4 a 10, correspondiente al período en que el Universo tenía entre 500 millones y 1.500 millones de años.
El resultado clave: la densidad de la tasa de formación estelar cósmica inferida de los LGRB puede explicar naturalmente el estado observado de la reionización del hidrógeno sin requerir suposiciones extremas sobre la eficiencia con que las galaxias producen fotones ionizantes o la facilidad con que esos fotones escapan.
Las galaxias tenues faltantes
Los sondeos estándar de campo profundo del JWST y el telescopio espacial Hubble solo pueden detectar galaxias por encima de un cierto umbral de brillo. El método LGRB evita esta limitación por completo, porque los estallidos de rayos gamma brillan a través de sus anfitrionas.
A partir de sus tasas de formación estelar inferidas por LGRB, el equipo calculó las magnitudes límite de las galaxias tenues responsables de la reionización. Con un corrimiento al rojo de aproximadamente 6 (unos 1.000 millones de años después del Big Bang), los contribuyentes más débiles tenían magnitudes entre -14 y -15, aproximadamente 100 veces más débiles que la Vía Láctea. Con un corrimiento al rojo de 10 (500 millones de años después del Big Bang), esas magnitudes descendieron a entre -10 y -11, más débiles que cualquier galaxia observada directamente hasta ahora.
Esta es una evidencia independiente de una gran población de galaxias tenues con corrimientos al rojo mayores de 6 que colectivamente suministraron los fotones ionizantes necesarios para reionizar el Universo. El resultado complementa los sondeos de campo profundo del JWST, que puede ver las galaxias primitivas más brillantes, al llenar la población que vive por debajo del umbral de detección.
El artículo está aceptado para su publicación en Astrophysical Journal Letters y está disponible en arXiv bajo la referencia 2607.07610.
Traducido por Alessandra