Descubren la señal de oxígeno más lejana del Universo

El hallazgo, en una galaxia a 13.280 millones de años luz de nosotros, determina que las primeras estrellas se formaron en una etapa inesperadamente temprana tras el Big Bang.

Imágen de la galaxia con oxígeno más lejana de la Tierra que acaba de detectar el telescopio ALMA. / ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Telescopio Espacial Hubble, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), el equipo CLASH, Hashimoto et al.

Un equipo internacional de astrónomos, entre ellos españoles del Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), ha detectado la señal de oxígeno más distante jamás descubierta en el Universo, en una galaxia ubicada a 13.280 millones de años luz de la Tierra. El hallazgo puede cambiar lo que sabemos sobre los comienzos del Cosmos, ya que implica que las primeras estrellas comenzaron a aparecer en una etapa inesperadamente temprana: 250 millones de años después del Big Bang, la gran explosión que dio origen a todo.

Los investigadores utilizaron el telescopio ALMA, ubicado en el desierto de Atacama, Chile, para observar una galaxia distante llamada MACS1149-JD1. Detectaron un resplandor muy débil pero bien definido, emitido por el oxígeno ionizado en la galaxia. A medida que esta luz infrarroja viaja por el espacio, la expansión del Universo la desplaza y, para cuando fue observada por ALMA, la longitud de onda era más de diez veces más larga que cuando se originó. El equipo midió el cambio en la longitud de onda de la luz y descubrió que la señal había viajado 13.280 millones de años luz para alcanzarnos, convirtiendo ese oxígeno en el más distante o más antiguo detectado por un telescopio. Además, el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) encontró de forma independiente una señal más débil de emisiones de hidrógeno neutro a la misma distancia que el oxígeno.

"¿Contento? ¡No, emocionado!". Takuya Hashimoto, investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad Osaka Sangyo, y autor principal del artículo publicado en la revista Nature. Ha reconocido que no podía controlar los nervios tras el hallazgo, hasta el punto de que la señal "apareció en mis sueños y tuve dificultades para dormir esa noche", asegura.

El entusiasmo está más que justificado, ya que el hallazgo tiene implicaciones sobre cómo entendemos la infancia del Cosmos. Durante un cierto período después del Big Bang, no había oxígeno en el Universo. Este elemento fue creado por los procesos de fusión de las primeras estrellas y luego liberado al morir estas. Su detección en MACS1149-JD1 indica que una generación anterior de estrellas ya se había formado y expulsado oxígeno apenas unos 500 millones de años después del comienzo del Universo.

"Este descubrimiento implica que la formación estelar tuvo que comenzar cuando el Universo tenía al menos 200-300 millones de años, tal y como estaba propuesto hasta ahora", explica a ABC José Miguel Mas Hesse, investigador del INTA-CSIC. "Pero es la primera evidencia directa de que pudo ser así. Por lo tanto, viene a ratificar lo que hasta ahora estaba propuesto".

Pero, ¿cuándo nacieron esas primeras estrellas? Para averiguarlo, el equipo utilizó datos infrarrojos tomados con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer. Descubrieron que el brillo observado de la galaxia puede explicarse con un modelo en el que el inicio de la formación estelar comienza tan solo 250 millones de años después del comienzo del Universo.

AMANECER CÓSMICO

El modelo indica que la formación de estrellas se volvió inactiva una vez después de la primera ignición, y luego revivió en la época de las observaciones de ALMA; 500 millones de años después del Big Bang. Los astrónomos suponen que la primera ráfaga de formación de estrellas expulsó el gas de la galaxia, lo que suprimiría la formación de estrellas. Luego, el gas regresó a la galaxia y condujo al segundo estallido de formación estelar. Las masivas estrellas recién nacidas en la segunda explosión ionizan oxígeno, y son esas las emisiones que se detectaron con ALMA.

"La población estelar madura en MACS1149-JD1 implica que las estrellas se estaban formando incluso en épocas anteriores, más allá de lo que actualmente podemos ver con nuestros telescopios. Esto tiene implicaciones muy interesantes para encontrar el 'amanecer cósmico', cuando surgieron las primeras galaxias", agrega Nicolas Laporte, investigador del University College de Londres y miembro del equipo de investigación.

ALMA ha establecido el récord del oxígeno más distante varias veces. En 2016, investigadores de la Universidad de Osaka Sangyo encontraron una señal de oxígeno a 13.100 millones de años luz de distancia con este observatorio. Varios meses después, Laporte hizo lo propio a 13.200 millones de años luz de distancia. Ahora, los dos equipos, fusionados en uno, han conseguido este nuevo récord. "Con este descubrimiento logramos alcanzar la fase más temprana de la historia de la formación de las estrellas", dice Hashimoto. "Estamos deseosos de encontrar oxígeno en partes aún más alejadas del Universo y ampliar el horizonte del conocimiento humano".

¿Hasta dónde se podría llegar? Según Mas Hesse, el modelo actual sobre el nacimiento de estrellas implica que solo sería posible encontrar Oxígeno unos 100 millones de años más allá de lo que se ha encontrado ahora, como máximo.

Pero podría ocurrir que ALMA encontrara trazas de Oxígeno a distancias aun mayores. Esto sería revolucionario, porque "tendríamos que revisar nuestro modelo de cómo y cuándo se formaron las primeras estrellas", explica el científico del INTA-CSIC.

Ocurra o no ocurra esto, es seguro que en los próximos años se ampliarán los horizontes sobre lo sabemos sobre la infancia del Cosmos, tal como adelanta José Miguel Mas Hesse: "Cuando se lance el Telescopio Espacial James Webb, en primavera de 2020, podremos observar las propiedades de estas primeras estrellas en la historia del Universo, y podremos estudiar con mucho detalle cómo sucedió todo".

Fuente: madri+d