Desde tiempos inmemoriales, filósofos y estudiosos han contemplado el comienzo de los tiempos e incluso han tratado de determinar cuándo comenzaron todas las cosas. Solo ha sido en la era de la astronomía moderna que nos hemos acercado a responder esa pregunta con cierto grado de certeza.

GN-z11.

Según los modelos cosmológicos más ampliamente aceptados, el universo comenzó con el Big Bang hace aproximadamente 13.800 millones de años.

Aun así, nadie está seguro de cómo era el universo temprano, ya que este período coincidió con los «Años oscuros» cósmicos. Por esta razón, los astrónomos siguen empujando los límites de sus instrumentos para ver cuándo se formaron las primeras galaxias.

Ahora, gracias a una nueva investigación realizada por un equipo internacional, se ha identificado la galaxia más antigua y distante observada en nuestro universo hasta la fecha: GN-z11.

El equipo, cuya investigación se publicó recientemente en la revista Nature Astronomy, fue dirigido por Linhua Jiang del Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica, y el Prof. Nobunari Kashikawa de la Universidad de Tokio. A ellos se unieron investigadores de los Observatorios de la Institución Carnegie para la Ciencia, el Observatorio Steward, el Observatorio de Ginebra, la Universidad de Pekín y la Universidad de Tokio.

Edad Oscura

En pocas palabras, la Edad Oscura cósmica comenzó unos 370 mil años después del Big Bang y continuó durante otros mil millones de años. En este momento, las únicas fuentes de luz eran los fotones liberados antes —que todavía se pueden detectar hoy como Fondo Cósmico de Microondas (CMB)— y los liberados por átomos de hidrógeno neutros. La luz de estos fotones está tan desplazada debido a la expansión del universo que hoy son invisibles para nosotros.

CMB.

CMB.

Este efecto se conoce como «desplazamiento al rojo», donde la longitud de onda de la luz se alarga (o «desplaza» hacia el extremo rojo del espectro) a medida que atraviesa el cosmos en constante expansión en su camino hacia nosotros.

Para los objetos que se mueven más cerca de nuestra galaxia, el efecto se invierte, con la longitud de onda acortándose y desplazándose hacia el extremo azul del espectro (también conocido como «desplazamiento al azul»).

Durante casi un siglo, los astrónomos han utilizado estos efectos para determinar la distancia de las galaxias y la velocidad a la que se expande el universo. En este caso, el equipo de investigación utilizó el telescopio Keck I en Maunakea, Hawái, para medir el corrimiento al rojo de GN-z11 y determinar su distancia.

Los resultados que obtuvieron indicaron que es la galaxia más lejana (y más antigua) jamás observada. Como explicó Kashikawa en un comunicado de prensa de la Universidad de Tokio:

«Según estudios anteriores, la galaxia GN-z11 parece ser la galaxia detectable más lejana a nosotros, a 13.400 millones de años luz, o 134 nonillones de kilómetros (134 seguidos de 30 ceros). Pero medir y verificar esa distancia no es tarea fácil».

Galaxy GN-z11. (Superior) La flecha apunta a la galaxia más distante del universo. (Inferior) Líneas de emisión de carbono observadas en infrarrojos. Cuando salió de la galaxia, la señal era luz ultravioleta en la región de 0,2 micrómetros, pero se desplazó hacia el rojo y se estiró a más de 10 veces más a unos 2,28 micrómetros. Crédito: Kashikawa y col.

Específicamente, el equipo examinó las líneas de emisiones de carbono provenientes de GN-z11, que estaban en el rango ultravioleta cuando abandonaron la galaxia y se desplazaron en un factor de 10 —al infrarrojo (0,2 micrómetros)— cuando llegó a la Tierra.

Este nivel de corrimiento al rojo indica que esta galaxia existió como se observó hace aproximadamente 13.400 millones de años, es decir, solo 400 millones de años después del Big Bang. A tal distancia, GN-z11 está tan lejos ¡que define el límite mismo del universo observable! Y si bien esta galaxia había sido observada en el pasado (por Hubble), se necesitó el poder de resolución y las capacidades espectroscópicas del Observatorio Keck para realizar mediciones precisas.

Avance tecnológico

El hallazgo se realizó como parte del estudio del espectrógrafo de objetos múltiples para exploración infrarroja (MOSFIRE), que capturó las líneas de emisión de GN-z11 en detalle.

Esto permitió al equipo producir estimaciones de distancia para esta galaxia que se mejoraron en un factor de 100 con respecto a cualquier medición que se hubiera realizado anteriormente.

Instrumento MOSFIRE en el Telescopio Keck I.

«El telescopio espacial Hubble detectó la firma varias veces en el espectro de GN-z11. Sin embargo, ni siquiera el Hubble puede resolver las líneas de emisión ultravioleta en el grado que necesitábamos. Así que recurrimos a un espectrógrafo terrestre más actualizado, un instrumento para medir líneas de emisión, llamado MOSFIRE, que está montado en el telescopio Keck I en Hawái», explicó Kashikawa.

Si observaciones posteriores pueden confirmar los resultados de este último estudio, entonces los astrónomos podrán decir con toda certeza que GN-z11 es la galaxia más lejana jamás observada.

A través del estudio de objetos como este, los astrónomos esperan poder arrojar luz sobre un período de la historia cósmica cuando el universo tenía solo unos pocos cientos de millones de años y aprender más sobre cómo evolucionaron posteriormente las estructuras a gran escala. Telescopios espaciales de próxima generación como el James Webb (JWST), cuyo lanzamiento está previsto para el 31 de octubre de 2021, podrían ser de gran ayuda.

Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.

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