Científicos detectan la señal de presencia de oxigeno más lejana del universo

Los astrónomos que usan el telescopio ALMA, ubicado en Atacama, han detectado una señal clara de oxígeno en una galaxia situada a 13.1 mil millones de años luz de distancia de nosotros. Este es el oxígeno más distante jamás detectado. Oxígeno en esta galaxia parece estar ionizado por un número de estrellas gigantes jóvenes, y esta detección es un paso clave para entender la enigmática “reionización cósmica” en la historia temprana del Universo. Estas observaciones han abierto una nueva ventana para sondear el universo temprano con ALMA.

El equipo observó SXDF-NB1006-2, una galaxia ubicada a 13.1 mil millones de años luz de distancia. Esta galaxia fue descubierta en 2012 por el Telescopio Subaru operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y las siguientes observaciones con el Observatorio Keck y mostraron que era la galaxia más distante conocida en ese momento. El Telescopio Subaru detectó la luz a partir de hidrógeno ionizado.

“La búsqueda de elementos pesados en el Universo temprano es un enfoque esencial para explorar la actividad de formación de estrellas en ese período,” dijo Akio Inoue de la universidad de Osaka Sangyo, Japón, el autor principal del trabajo de la investigación que será publicado en Internet por la revista Science el hoy jueves, 16 de junio de 2016.

Varios elementos se encuentran a nuestro alrededor en el Universo actual, pero justo después del Big Bang hace 13,8 millones de años, sólo los más ligeros elementos, hidrógeno, helio y litio, existían. Los elementos más pesados, como el carbono y el oxígeno, se han formado en las estrellas y acumulado en el Universo a través del tiempo.

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“El estudio de los elementos pesados también nos da una pista para entender cómo se formaron las galaxias y lo que causó la reionización cósmica,” añadió Inoue.

Antes de que se formarán los primeros objetos celestes, el universo se llenó con gas eléctricamente neutro. Los objetos celestes emiten una fuerte radiación y comenzaron a ionizar el gas neutro en unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang. Esto se conoce como “la reionización cósmica”. El estado de todo el Universo cambió drásticamente en la reionización cósmica. Sin embargo, el proceso está profundamente envuelto en la oscuridad. Ha sido objeto de debate el qué clase de objetos causó la reionización.

“Esperábamos que la luz del oxígeno ionizado fuera suficientemente fuerte como para ser observado, incluso a 13 de millones de años luz de distancia”, explicó Hiroshi Matsuo en el NAOJ, “debido a que el satélite japonés AKARI ha encontrado que esta emisión es muy brillante en la gran Nube de Magallanes, cuenta con un entorno similar a los inicios del universo”.

Sin embargo, la detección de la luz a partir del oxígeno ionizado en galaxias muy distantes era un nuevo reto para ALMA. Para fijar el tiempo de observación con ALMA, los investigadores realizaron simulaciones por ordenador primero a gran escala de la evolución cósmica para predecir el brillo de emisión. “La simulación mostró que la luz debe ser especialmente brillante y fácil de detectar con ALMA”, dijo Shimizu Ikkoh de la Universidad de Osaka, el principal contribuyente a esta simulación.

Observaciones de alta sensibilidad con ALMA se llevaron a cabo en junio de 2015, y la luz del oxígeno ionizado en SXDF-NB1006-2 se detectó definitivamente. Esta es la detección de oxígeno más distante jamás alcanzado y es una evidencia firme de oxígeno en el universo primitivo, sólo a 700 millones de años después del Big Bang. El equipo estima que la abundancia de oxígeno en SXDF-NB1006-2 es diez veces menor que la observada en el Sol.

“Se espera que la pequeña abundancia sea porque el Universo todavía era joven y tenía una breve historia de la formación estelar en ese momento,” comentó Naoki Yoshida de la Universidad de Tokio. “De hecho, nuestra simulación predijo una abundancia diez veces más pequeña que el Sol, pero tenemos otro, inesperado, resultado: una cantidad muy pequeña de polvo.”

Las observaciones muestran que la cantidad de elementos pesados es de aproximadamente 10% de la encontrada en el presente universo, pero la cantidad de polvo, que se hace de elementos pesados, parece ser mucho más pequeña. El equipo también fue incapaz de detectar ningún tipo de emisiones de carbono en la galaxia. “Algo inusual puede estar ocurriendo en esta galaxia”, dijo Inoue. “Sospecho que casi todo el gas está fuertemente ionizado.”

La emisión de oxígeno ionizado indica que un número de estrellas gigantes, varias decenas de veces más pesadas que el Sol, se han formado en la galaxia y se emite luz ultravioleta intensa. Los déficits de polvo y de carbono en la galaxia son de crucial importancia para que la reionización cósmica se produzca. Permiten que la luz intensa ionizante pueda escapar de la galaxia e ionizar grandes cantidades de gas fuera de la galaxia. “SXDF-NB1006-2 sería un prototipo de fuentes de luz responsables de la reionización cósmica”, dijo Inoue.

“Este es el primer paso para entender qué tipo de objetos causó la reionización cósmica”, explicó Yoichi Tamura de la Universidad de Tokio. “Nuestras próximas observaciones con ALMA ya han comenzado. Observaciones de mayor resolución nos permitirán ver la distribución y el movimiento del oxígeno ionizado en la galaxia y proporcionar información valiosa para comprender las propiedades de la galaxias.”

Fuente de la investigación: http://dx.doi.org/10.1126/science.aaf0714

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