Universo temprano III

En la última parte de esta saga (Léelo aquí), nos habíamos quedado en la formación de las primeras estrellas y emisores, comenzando la Época de Reionización. Ahora tenemos un universo con fuentes de luz, y esos fotones ultravioletas de altas energías comienzan a viajar, chocando con los átomos colindantes a las fuentes, ionizándolos. Ésto es, promocionando sus electrones a órbitas de mayor energía o incluso arrancándolos de los átomos. Todo ello se traduce en una gran cantidad de emisiones que podemos estudiar para conocer la estructura del universo en aquel momento.


El estudio de cómo evoluciona esas zonas que son reionizadas puede modelizarse mediante simulaciones


  En esta primera imagen podemos ver que las burbujas de ionización (en color) están limitadas a un pequeño espacio alrededor de la fuente.   Conforme avanzamos en redshift (o lo que es lo mismo, miramos cada vez más cerca y por tanto avanzamos en el tiempo), vemos como esas burbujas de gas ionizado van creciendo.

  Éstos fotones UV o fotones Lymann (LyC) salen de las fuentes y empiezan a interactuar con el gas, compuesto principalmente por Hidrógeno y Helio. Se crea una zona de HII o hidrógeno ionizado, encerrada en una frontera de ionización que se forma alrededor de la fuente. En su interior el gas es fotocalentado a temperarutas de unos 10⁴K. Idealmente, esta zona sería esférica, pero tiene inhomogeneidades por fluctuaciones en la opacidad. Ésto es, que no todas las zonas están igual de libres de obstáculos para que los fotones viajen.   La presencia de estas inhomogeneidades en la distribución del gas tiene dos efectos esenciales:

  • Produce variaciones, pudiendo quedar algunas lineas de visión totalmente bloqueadas y el gas en ellas se mantiene neutro, con lo que la frontera pierde esa esfericidad pudiendo expandirse más rápido hacia las zonas de menor densidad.
  • El ratio de recombinación de las partículas es mayor en las zonas densas, resultando en un menor volumen ionizado.

Las burbujas ionizadas se solapan, quedando todo el volumen cósmico mayoritariamente ionizado


En éste punto, todo el espacio es transparente al uso de fotones, ésto implica que cada parte del gas puede ver la radiación que viene de todas las fuentes y se establece el Fondo de radiación Ultravioleta (UVB)   Irónicamente, la absorción de estos fotones UV emitidos por las estrellas, galaxias y agujeros negros ralentizan la formación estelar, así que cuántas más fuentes de emisión hay, menos se crean. Ésto tiene dos causas principales:

  • La fotoevaporación del gas en los pequeños pozos de potencial de las galaxias menos masivas.
  • El incremento de la presión del gas, asociado a un incremento en la temperatura del medio intergaláctico, inhibiendo la acreción del gas en las galaxias.

Si el gas no puede colapsar, no puede aumentar su temperatura y no pueden nacer nuevas estrellas. ¿Cómo se ha llegado entonces al universo tal y como lo conocemos hoy en día?


Entran en escena la primera generación de estrellas (Pop I) y su gran masa


Es dentro de las estrellas donde se crean los elementos pesados y los diferentes tipos de remanentes a su muerte conforman un universo dinámico en cambio constante. Recordemos que por opacidad, aún tenemos una pequeña fracción de gas no ionizado que se esconde y alberga aún hoy en día formación estelar. Las estrellas Pop I eran muy masivas, por lo que producen mucha metalicidad y agujeros negros supermasivos llamados Quásares, en torno a los cuales se congrega el gas y el polvo, dando lugares a las galaxias. La segunda generación de estrellas o Pop II tienen por tanto más metalicidad y al ser el gas y el polvo más denso, son más pequeñas, al igual que las de Pop III… Un complejo entramado en el que hidrodinámica, densidad, opacidad, gravedad y química confabulan para mantener al universo en un constante y dinámico baile, tal y como lo conocemos hoy.