Datos del JWST entran en conflicto con los modelos de reionización
Por: Universidad de Texas en Austin.
10 de octubre de 2024
Simulación de galaxias que ionizan gas hidrógeno (áreas brillantes) durante la época de reionización. Crédito de la imagen: M. Alvarez, R. Kaehler y T. Abel / Observatorio Europeo Austral (ESO).
La reionización es un período crítico en el que las primeras estrellas y galaxias cambiaron la estructura física de su entorno y, finalmente, de todo el universo. Las teorías establecidas afirman que esta época terminó alrededor de mil millones de años después del Big Bang. Sin embargo, si se calcula este hito utilizando observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST), la reionización habría terminado al menos 350 millones de años antes de lo esperado. Así lo afirma un nuevo artículo publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
A lo largo de su historia, el Universo ha sufrido varios cambios importantes, durante los primeros 380.000 años después del Big Bang, fue un plasma caliente y denso de protones y electrones. Con el tiempo, las cosas se enfriaron lo suficiente como para que esos protones y electrones se combinaran y formaran átomos de hidrógeno neutros. Luego, alrededor de 100 millones de años después del Big Bang, comenzaron a formarse las primeras estrellas y galaxias, lo que marcó el comienzo de la época de la reionización.
Esas primeras estrellas eran enormes y calientes (se predijo que algunas tendrían entre 30 y 300 veces la masa de nuestro Sol) y emitían una gran cantidad de energía en forma de luz ultravioleta extrema. Esta energía era tan intensa que, cuando chocaba con átomos de hidrógeno cercanos, los dividía en protones y electrones en un proceso llamado ionización. Después de cientos de millones de años, cuando casi todo el hidrógeno del universo se ionizó, la época de la reionización terminó.
Como los astrónomos no pueden observar directamente el proceso de reionización, deben utilizar modelos para predecir cuándo terminó. Estos modelos se basan en evidencia indirecta, incluidas las mediciones de cuánta luz nos ha llegado desde el resplandor del Big Bang, llamado Fondo Cósmico de Microondas. Otra evidencia es una abundancia temprana de la longitud de onda asociada con los cambios de energía en el hidrógeno, llamada bosque Lyman-alfa. Ambos ayudan a los astrónomos a calcular cuánto hidrógeno se transformó durante la reionización y, por extensión, cuánta energía se necesitó para hacerlo.
Julián Muñoz, profesor adjunto de astronomía en la Universidad de Texas en Austin y autor principal del artículo, afirma que: “Sabemos que todo el hidrógeno era neutro antes de la reionización. A partir de ahí, se necesita suficiente luz ultravioleta extrema para dividir cada átomo. Así que, al final del día, se pueden hacer los cálculos para averiguar cuándo terminó la reionización”. Ahora, el JWST está desafiando los modelos establecidos, revelando que las galaxias brillantes son suficientes para ionizar el Universo por sí solas y esto es contrario a lo que mucha gente esperaba.
“Si confiáramos ciegamente en James Webb, nos diría que la reionización terminó entre 550 y 650 millones de años después del Big Bang, en lugar de las estimaciones actuales de 1.000 millones de años”, explicó Muñoz. “Si esto fuera cierto, el Fondo Cósmico de Microondas se vería diferente, y el Bosque Lyman-alfa se vería diferente. Así que hay una tensión”. En otras palabras, es poco probable que la reionización haya ocurrido cientos de millones de años antes de lo previsto. Entonces, ¿qué está pasando? Una explicación podría ser que a los modelos establecidos les falta información clave.
Por ejemplo, a veces los protones y electrones ionizados se volverían a unir para volver a formar átomos de hidrógeno neutros. Este proceso se llama recombinación. Si ocurriera con más frecuencia de lo que suponen los modelos actuales, eso podría aumentar la cantidad de luz ultravioleta extrema necesaria para ionizar todo el Universo. Resolver esta tensión sobre la reionización es un paso clave para comprender finalmente este período crucial.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-10-astronomers-webb-conflict-reionization.html