Fotones que luchan por escapar de galaxias lejanas

Ilustración artística que muestra una galaxia del tipo de la Vía Láctea en el Universo local, rodeada por un halo mucho mayor de luz débil azul compuesta por fotones Lyman alfa. Estos fotones fueron creados alrededor de estrellas jóvenes y calientes en regiones mucho más centrales, y les cuesta escapar de las galaxias, sufriendo un gran número de absorciones y reemisiones por el camino, creando estos halos gigantes. Crédito: ESO/L. Calçada.

 

Un equipo de astrónomos dirigido por David Sobral (Universidad de Lancaster) y Jorryt Matthee (Universidad de Leiden), ha descubierto halos gigantes alrededor de primitivas galaxias del tipo de la Vía Láctea, compuestos de fotones (las partículas elementales de la luz) que han conseguido escapar de ellas.


Para averiguar cómo se formó y evolucionó nuestra Vía Láctea, los astrónomos se apoyan en la observación de galaxias lejanas. Como su luz tarda miles de millones de años en llegarnos, los telescopios pueden ser utilizados como máquinas del tiempo, siempre y cuando se disponga de un indicador claro que marque la distancia a los objetos que están siendo observados. Al igual que con las galaxias más cercanas, estrellas y planetas, los astrónomos emplean la técnica de la espectroscopia para analizar su luz, dispersándola en un espectro. Los científicos buscan estructuras características (líneas espectrales) que les permiten conocer propiedades como la composición, temperatura y movimiento del objeto. En las galaxias más lejanas típicamente destaca sólo una estructura espectral, la llamada línea de Lyman alfa asociada con el gas de hidrógeno.

Jorryt Matthee comenta: "Las estrellas recién nacidas en las galaxias muy lejanas son suficientemente calientes como para romper el hidrógeno en las nubes de gas que las rodean, que entonces brillan intensamente en luz de Lyman alfa, en teoría la característica más intensa observable en una galaxia lejana. Pero en la práctica, a los fotones Lyman alfa les cuesta escapar de las galaxias ya que el gas y el polvo bloquean y desvían sus trayectorias, siendo un proceso complejo de comprender".

David Sobral añade: "Hemos utilizado docenas de noches en el telescopio Isaac Newton (INT) de La Palma (Islas Canarias) para comprender cómo escapan los fotones Lyman alfa y desde qué galaxias. Miramos atrás en el tiempo 11 mil millones de años, esencialmente el límite donde podemos identificar galaxias lejanas y estudiarlas con detalle. Los más importante es que fuimos capaces de predecir con precisión cuántos fotones Lyman alfa fueron creados en cada galaxia y cuándo ocurrió esto. Entonces los comparamos con los que realmente llegaron al INT".

Los resultados muestran que sólo un 1-2% de esos fotones escapan de los centros de galaxias como la Vía Láctea. Incluso si tuviéramos en cuenta todos los fotones a grandes distancias del centro, escaparían menos del 10%. "Las galaxias que forman estrellas en el Universo lejano parecen estar rodeadas por halos impresionantemente grandes y poco brillantes de fotones Lyman alfa que tuvieron que viajar cientos de miles de años-luz sufriendo una serie casi infinita de absorciones y reemisiones, hasta que finalmente quedaron libres. Ahora necesitamos saber exactamente cómo y por qué ocurre esto", añade Sobral.http://observatori.uv.es/