Las Galaxias en la Época de Reionización

• Título del artículo original: Reionization with galaxies and active galactic nuclei
• Autores: Pratika Dayal, Marta Volonteri, et al.
• Institución del primer autor: Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen
• Estado de la publicación: Enviado a MNRAS el 20 de Enero del 2020.

Nota: El desplazamiento al rojo (z) se puede interpretar de manera simultánea, tanto como una medida de distancia o como de tiempo. Un desplazamiento al rojo de z=6 quiere decir que el evento fue aproximadamente hace 12.8 mil millones de años.

El universo trabaja en formas muy misteriosas. Hace aproximadamente 12.8 mil millones de años comenzó la época de reionización (ver, por ejemplo, este astrobito relacionado para más detalles). Esta época ocurrió luego de que las primeras galaxias en nuestro universo se empezaran a formar (ver figura 1). La reionización fue causada por los fotones provenientes de las primeras estrellas formadas en el universo llamadas estrellas de la población III (ver, por ejemplo, este astrobito relacionado para más detalles) o posiblemente de cuasares primordiales (ver, por ejemplo, este astrobito relacionado para más detalles). Estos fotones ionizaron átomos de hidrógeno ubicados en el medio interestelar.

La teoría que describe el proceso y la fuente de reionización depende fuertemente del número de parámetros arbitrarios los cuales no tienen restricciones estrictas. Por ejemplo, en esta época, no tenemos un límite en la masa mínima de un halo de materia oscura que contenga una galaxia activa. Tampoco sabemos la tasa de formación de estrellas ni la tasa de acreción estelar de agujeros negros. No tenemos idea del efecto de la reionización en el contenido de gas de galaxias enanas las cuales viven en halos de materia oscura con baja masa. Sin embargo, observaciones de la línea de emisión Lyman alfa, han permitido entender la distribución general de la densidad de fotones ultravioleta (UV) en esta época del universo. Aunque sabemos de dicha distribución, no entendemos si la contribución de fotones en la distribución general del UV proviene de núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés, ver astrobito ¿Cuál es la fuente de energía de los AGN? ) o de intensas regiones de formación estelar procedente de las primeras galaxias formadas en el universo. En este artículo de investigación, las y los autores usan un modelo semianalítico para analizar la contribución de los AGN a la reionización.

Las y los autores usan simulaciones numéricas para expander nuestro conocimiento de la época de reionización. Esto es importante ya que nos ayuda a entender más sobre la evolución de las galaxias. Aunque varios parámetros incluidos en la simulación asumen procesos de la evolución, los resultados nos puede llevar más cerca de la verdad. En la figura 2, las y los investigadores muestran los resultados del monto de emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado (eje-Y) en función del desplazamiento al rojo (eje-X) usando el modelo semianalítico.

Las líneas de la figura 2 muestran resultados del modelo semianalítico mientras que los cuadritos muestran datos de observación. Las líneas muestran las diversas fuentes de la emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado, los cuales provienen de la formación de estrellas (SF por sus siglas en inglés), una emisión combinada de SF y de AGN, y emisión solamente de AGN. Las líneas de color morado, rosado, y amarillo muestran información similar, pero con distintos cortes de masa estelar. En el caso de la línea amarilla, el corte es basado en la masa del agujero negro central de la galaxia. Como podrán ver, la emisión combinada de SF y de AGN es la más alta de todos los tiempos, en el desplazamiento al rojo de aproximadamente 5. La emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado provenientes de la formación de estrellas domina durante el universo más temprano. Esa emisión es casi la misma que la emisión combinada de la formación de estrellas y la del AGN.

La figura 2 muestra que la contribución independiente del AGN no es mucha para desplazamientos al rojo por encima de 5 (z>5). Por esta razón, las y los autores pudieron concluir que la formación de estrellas es la que domina la contribución de fotones a la reionización. Esta contribución se da sin importar la masa estelar de las galaxias. Esta figura captura uno de sus mayores resultados en este estudio ya que las y los autores hacen un estudio más profundo al tener en mente otros parámetros importantes para considerar. Las y los autores discuten que al ver la contribución independiente del AGN, es interesante observar que el AGN contribuye entre un 50-83 por ciento de la emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado al desplazamiento al rojo de 5. Pero al llegar al desplazamiento al rojo de 6, el AGN solamente contribuye entre un 0.5-1 por ciento hacia la emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado acumulativo. Este porcentaje incrementa y llega al 10-25 por ciento al llegar al desplazamiento al rojo de 4.

En resumén:

• La época de reionización ocurrió cuando los fotones provenientes de las primeras galaxias y estrellas primordiales ionizaron el hidrógeno neutro.
• El proceso y la fuente de reionización depende del número de parámetros arbitrarios los cuales no tienen restricciones estrictas. Sin embargo, con observaciones sobre la distribución general de la densidad de fotones en la onda ultravioleta o descubrimiento de galaxias que emiten la línea de Lyman alfa, podemos contribuir al entendimiento de los procesos físicos durante la época de reionización.
• Usando un modelo semianalítico, las y los autores descubrieron que la emisión combinada de la formación de las estrellas y de los núcleos galácticos activos es la más alta de todos los tiempos, con un pico en el desplazamiento al rojo de aproximadamente 5.
• Las y los autores discuten que al ver la contribución independiente de AGN, es interesante observar que el AGN contribuye entre un 50-83 por ciento de la emisión de fotones de hidrógeno neutro ionizado al desplazamiento al rojo de 5.