Una galaxia clave en la transparencia del cosmos: el Hubble revela el secreto de MXDFz4.4

Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han descubierto que la galaxia MXDFz4.4 es la emisora de continuo de Lyman (LyC) de mayor corrimiento al rojo jamás detectada , una galaxia que existió solo 1.400 millones de años después del Big Bang . El hallazgo proporciona una visión directa y detallada de cómo la luz ionizante de una sola galaxia ayudó a despejar la niebla opaca del universo primitivo y amplía la línea de tiempo conocida de la reionización, revelando que este proceso aún se estaba produciendo activamente mucho más tarde de lo que se pensaba.

Aquí están los detalles y descubrimientos específicos:

• Edad y corrimiento al rojo: La galaxia se observa con un corrimiento al rojo de z=4,442, lo que significa que existió cuando el universo tenía unos 1.400 millones de años . Es esencial destacar que se ve solo unos 250 millones de años después del final de la Época de Reionización (EoR, por sus siglas en inglés) . El hecho de que un emisor tan potente de luz ionizante se encuentre después de la EoR fue "algo que nunca esperaron" y demuestra que la reionización fue un proceso más prolongado y desigual de lo que se creía, extendiéndose mucho más allá del punto final comúnmente asumido.

• Tamaño y formación estelar: Las imágenes detalladas en luz visible del Hubble revelan que la galaxia contiene estrellas jóvenes muy agrupadas . Múltiples estallidos de formación estelar han despejado el gas dentro y alrededor de MXDFz4.4, permitiendo que su potente luz ultravioleta escape .

• Porcentaje de luz ionizante que escapa: La fracción de fotones ionizantes (continuo de Lyman) que escapan de la galaxia es notablemente alta, medida en el rango del 53–100% . Esta es una fracción de escape mucho mayor que el <5–10% observado típicamente en otras galaxias de corrimiento al rojo bajo, lo que convierte a MXDFz4.4 en un "Fuerte LCE" (Emisor de Continuo de Lyman) y en un ejemplo primordial del tipo de galaxia que pudo haber impulsado la reionización .

• Cómo explica la transición de opaco a transparente: Esta galaxia es una potente emisora de continuo de Lyman, lo que significa que filtra una cantidad significativa de fotones UV de alta energía capaces de ionizar el hidrógeno neutro . Esto demuestra directamente un mecanismo para la transición: la intensa y compacta formación estelar dentro de la galaxia despejó canales a través del gas neutro, permitiendo que la radiación ionizante escapara al medio intergaláctico y transformara el gas neutro opaco en plasma transparente .

• Roles del Hubble, Webb y el Very Large Telescope (VLT):

  • Hubble (HST): Proporcionó las imágenes críticas de alta resolución en luz visible que revelaron la estructura detallada de los cúmulos estelares y los canales despejados en la galaxia . El Hubble fue el primero en detectar la inesperada luz UV de esta galaxia .
  • Very Large Telescope (VLT / MUSE): La galaxia fue identificada como un objetivo dentro del Campo Extremadamente Profundo MUSE (MXDF) . El instrumento MUSE del VLT proporcionó la espectroscopia profunda y resuelta espacialmente necesaria para confirmar el alto corrimiento al rojo de la galaxia y medir la morfología de su línea Lyman-alfa, que se utilizó para rastrear la luz de continuo de Lyman que escapaba .
  • Telescopio Espacial James Webb (JWST / NIRISS): El instrumento NIRISS del JWST tomó un espectro de MXDFz4.4 como parte del programa NGDEEP. Aunque no se detectaron líneas de emisión en ese espectro, los datos se utilizaron para ayudar a descartar corrimientos al rojo alternativos (por ejemplo, una alineación casual con un intruso de bajo corrimiento al rojo) y ayudaron a refinar la fotometría de la galaxia .

• Cómo retrasa la línea de tiempo de la reionización: Los modelos estándar sitúan el final de la Época de Reionización alrededor de 1.100 millones de años después del Big Bang. MXDFz4.4, observada 1.400 millones de años después del Big Bang, es un fuerte emisor de LyC 250 millones de años después de que se cree que terminó la EoR . Su existencia demuestra que las galaxias que filtran activamente luz ionizante eran comunes mucho más tarde en la historia cósmica de lo que se creía, lo que sugiere que el proceso de reionización no fue un evento único y definido, sino un proceso gradual y extendido que continuó con fuerza en épocas cósmicas posteriores .