El universo no siempre fue transparente. Hubo una época en la que el espacio entre galaxias estaba lleno de hidrógeno neutro, una especie de niebla cósmica capaz de bloquear la luz ultravioleta más energética. Esa etapa empezó a cambiar cuando las primeras estrellas y galaxias comenzaron a ionizar ese gas, abriendo poco a poco caminos para que la luz pudiera viajar libremente por el cosmos.
Ese proceso se conoce como Era de la Reionización y sigue siendo una de las grandes preguntas de la cosmología moderna. Sabemos que ocurrió. Sabemos que transformó el universo de opaco a transparente. Lo que todavía cuesta entender con detalle es qué objetos hicieron el trabajo y cómo logró escapar tanta radiación de las primeras galaxias.
Ahora, una observación del Telescopio Espacial Hubble acaba de ofrecer una pista especialmente rara. Astrónomos detectaron fotones ultravioleta ionizantes procedentes de una galaxia llamada MXDFz4.4, que existió hace unos 12.400 millones de años, apenas 1.400 millones de años después del Big Bang. Según la NASA, esta galaxia apareció cuando el universo todavía era una mezcla de gas opaco y zonas ya transparentes, al final de la Era de la Reionización.
La luz que el universo joven debía haber absorbido
La señal detectada pertenece al llamado continuo de Lyman, o LyC: luz ultravioleta lo bastante energética como para arrancar electrones de los átomos de hidrógeno. Justamente por eso es tan importante. Esta es la clase de luz que pudo transformar el gas neutro del universo primitivo en plasma ionizado y permitir que el cosmos se volviera transparente.
El problema es que esa misma luz suele ser muy difícil de observar. El hidrógeno neutro la absorbe con facilidad, tanto dentro de la propia galaxia como en el medio intergaláctico. Por eso, cuanto más lejos miran los astrónomos y más cerca se acercan a la Era de la Reionización, más improbable resulta detectar directamente esos fotones.
El estudio, disponible en arXiv y publicado en The Astrophysical Journal, presenta a MXDFz4.4 como el emisor de continuo de Lyman de mayor corrimiento al rojo detectado hasta ahora. Su luz fue identificada en datos del Hubble, mientras que su distancia fue confirmada con una línea Lyman-alfa observada en espectros extremadamente profundos del instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral.
Una galaxia pequeña, pero furiosamente activa
MXDFz4.4 no es una galaxia gigantesca. De hecho, Live Science señala que es unas 100 veces más pequeña que la Vía Láctea en área. Lo extraordinario es que, pese a su tamaño, formaba estrellas unas 10 veces más rápido que nuestra galaxia. Esa concentración de estrellas jóvenes, masivas y calientes pudo ser la clave para abrir canales en el gas y dejar escapar la radiación ionizante.
La NASA explica que las imágenes detalladas del Hubble mostraron varios brotes de estrellas jóvenes capaces de despejar el espacio dentro y alrededor de la galaxia. Esa geometría importa mucho: no basta con que una galaxia produzca fotones ionizantes; esos fotones tienen que encontrar caminos para salir sin ser absorbidos por el gas y el polvo.
Según Live Science, el equipo estima que entre la mitad y la totalidad de la luz ionizante producida por MXDFz4.4 podría estar escapando. Si esa cifra se confirma, la galaxia sería un ejemplo excepcional de cómo ciertas galaxias compactas y muy activas pudieron contribuir a limpiar la niebla cósmica en las etapas tempranas del universo.
El hallazgo apareció casi por casualidad
La historia del descubrimiento también tiene algo de casual. Ilias Goovaerts, investigador postdoctoral del Space Telescope Science Institute y autor principal del estudio, contó a Live Science que estaba revisando imágenes profundas del Hubble mientras preparaba una propuesta de financiación. Quería comprobar si alguien había buscado antes ese tipo de señal en ese campo. En apenas un par de horas encontró algo prometedor.
Después vino la parte lenta: meses de análisis para confirmar la señal, caracterizar la galaxia y descartar explicaciones alternativas. El trabajo combinó observaciones muy profundas del Hubble, imágenes del James Webb en varias longitudes de onda y uno de los espectros más profundos obtenidos con MUSE en una región del cielo, con unas 140 horas de exposición en el MUSE eXtremely Deep Field.
Esa combinación fue crucial. El Hubble aportó la detección de la luz ionizante en el filtro F435W. Webb ayudó a caracterizar las estrellas y la historia de formación estelar de la galaxia. El VLT confirmó la distancia mediante la línea Lyman-alfa, una especie de huella del hidrógeno que permite ubicar la galaxia en el tiempo cósmico.
No es magia: es una ventana abierta en el gas
La palabra “imposible” funciona bien para titular, pero el hallazgo no rompe la física. Lo que rompe es una expectativa observacional: no se esperaba detectar este tipo de luz a una distancia tan grande porque debía atravesar mucho medio intergaláctico antes de llegar hasta nosotros.
Goovaerts lo explicó de forma directa a Live Science: se pensaba que era imposible porque MXDFz4.4 está tan lejos que su luz tenía que atravesar una gran cantidad de plasma ionizado entre galaxias. La detección sugiere que, por geometría, orientación o por la propia actividad estelar de la galaxia, existía un camino relativamente despejado para que esos fotones escaparan y llegaran hasta el Hubble.
El propio estudio apunta a la importancia de la geometría y del ángulo desde el que observamos estas galaxias. Algunas pueden producir mucha radiación ionizante, pero no dejarla escapar hacia nosotros. Otras, como MXDFz4.4, podrían estar alineadas de tal manera que vemos justo a través de los canales abiertos por sus estrellas jóvenes.
Una pista sobre cómo el universo dejó de estar cubierto de niebla
La importancia de MXDFz4.4 está en que actúa como un ejemplo cercano al final de la Era de la Reionización. No es una de las primeras galaxias absolutas, pero sí una ventana a un momento en el que el universo todavía estaba terminando su transición de opaco a transparente.
La NASA señala que Hubble proporcionó el primer ejemplo tan cercano a esa época de cómo pudo ocurrir el proceso dentro de una galaxia individual: estrellas jóvenes y masivas despejando el gas que las rodeaba y permitiendo que fotones ionizantes escaparan hacia el espacio intergaláctico.
Marc Rafelski, coautor del estudio y responsable adjunto de misión del Hubble en el STScI, subrayó a Live Science que se han encontrado muchas galaxias de ese periodo, pero ninguna había mostrado antes luz ionizante detectable. Eso convierte a MXDFz4.4 en un caso único por ahora, aunque probablemente no sea el único que exista.
La imagen final es fascinante: una galaxia pequeña, lejana y furiosamente activa, abriendo túneles de luz en una época en la que el universo todavía estaba saliendo de su niebla primordial. Hubble no encontró una luz imposible en el sentido literal. Encontró algo quizá más interesante: una rendija por la que podemos ver cómo las primeras galaxias empezaron a cambiar el estado del cosmos entero.
