"¡La galaxia más lejana jamás vista!" ¿No hemos escuchado eso antes? (Ver aquí y aquí, por ejemplo). Si bien es cierto que los astrónomos siguen retrocediendo en el tiempo con mejores instrumentos, existen desafíos fundamentales tanto en la observación como en la medición de las distancias a las primeras galaxias del cosmos.
Es por eso que esta nueva observación de una galaxia que se formó unos 700 millones de años después del Big Bang es significativa. Si bien se han identificado decenas de galaxias que se formaron en esa época, los astrónomos solo han medido distancias precisas para cinco de ellas. Esta galaxia marca el sexto, y es la más lejana del grupo. Quizás aún más importante que la medición de distancia, los investigadores determinaron que esta galaxia dio a luz nuevas estrellas a más de 100 veces la tasa que la Vía Láctea tiene hoy. Eso indica que las primeras galaxias pueden haber sido más agresivas con la formación estelar de lo que se creía anteriormente.
Un nuevo artículo publicado en Naturaleza (advertencia del muro de pago) describe la medición del desplazamiento al rojo de una galaxia identificada en la Encuesta del legado extragaláctico profundo infrarrojo cercano de la Asamblea Cósmica (CANDELS), que utiliza el espectrógrafo infrarrojo en el telescopio Keck en Hawai. Debido a esta gran distancia, el telescopio espacial Hubble no ve la galaxia en sus bandas ópticas, pero es una fuente brillante en infrarrojo, tanto para el Hubble como para el telescopio espacial Spitzer. Redshift, si recuerdas, es una medida de la rapidez con que una galaxia parece alejarse de nosotros a medida que el Universo se expande; cuanto más alto es el desplazamiento al rojo, más lejos está la galaxia y, por lo tanto, hace más tiempo emitió la luz que vemos. A medida que el Universo crece, estira la longitud de onda de la luz proporcionalmente. De esa manera, la luz visible o incluso la emisión ultravioleta común en las estrellas se desplaza hacia el rojo hacia la porción infrarroja del espectro.
En este caso, los astrónomos midieron el desplazamiento al rojo de la galaxia z8_GND_5296 (hay un nombre memorable para ustedes) como 7.51, lo que se traduce en aproximadamente 13 mil millones de años luz de distancia. Determinaron este número midiendo la emisión de Lyman alfa (Ly α) del gas de hidrógeno, que es muy común y difícil de medir a distancias tan grandes. La luz Ly α del gas de hidrógeno en nuestra ubicación es de aproximadamente 122 nanómetros, firmemente en la porción ultravioleta del espectro, pero la emisión correspondiente de z8_GND_5296 es de aproximadamente 1034 nanómetros, que es infrarroja. (Para obtener el desplazamiento al rojo, divida el número más grande entre el más pequeño y reste 1. Desafortunadamente, la relación entre el desplazamiento al rojo y la distancia no es tan simple).
Sin embargo, no todas las galaxias a distancias comparables tienen emisiones Ly α medibles: algo parece estar evitando que gran parte de esa luz nos llegue. La idea principal es el gas intergaláctico neutral que dispersa la luz, pero se observan muy pocas galaxias para confirmar esa hipótesis. Como resultado, si bien hay docenas de galaxias con desplazamientos al rojo superiores a 7 (determinados no por el espectro sino por el color aparente de la galaxia), la mayoría de los desplazamientos al rojo no pueden verificarse dos veces. Este artículo informa sobre 43 galaxias tempranas, pero solo una de esa muestra tenía emisiones medibles de Ly α.
Más interesante aún, la galaxia z8_GND_5296 es relativamente rica en "metales": elementos más pesados que el helio. Dado que estos elementos son producidos por las estrellas en lugar del Big Bang, eso indica un ciclo muy rápido de nacimiento y muerte de estrellas incluso cuando esta galaxia emite la luz que observamos.
Para respaldar esa afirmación, los autores del presente estudio encontraron que z8_GND_5296 y una galaxia similar designada GN 108036 tienen tasas de formación estelar extremadamente altas, convirtiendo el equivalente de 330 soles en masa en nuevas estrellas. Eso es más de 100 veces la tasa de formación estelar de la Vía Láctea, y comparable a algunas de las galaxias formadoras de estrellas más extremas. Anteriormente se pensaba que estas galaxias eran raras, por lo que los astrónomos pueden necesitar revisar sus estimaciones sobre la rapidez con la que se formaron nuevas estrellas en las primeras galaxias.
No importa qué, será interesante ver cómo son otras galaxias tempranas a medida que mejoran nuestras observaciones. Sin eso, no sabremos si z8_GND_5296 es una rareza en su formación estelar extrema, o entendemos por qué es relativamente brillante en las emisiones de Ly α mientras que sus hermanos no lo son. Y quizás encontremos la división en el tiempo entre la era sin galaxias y las primeras galaxias en formarse.
