¿Qué ocurrió durante la época de la reionización en el universo?

La época de reionización marca una transición decisiva en la historia cósmica: tras el enfriamiento inicial y la formación de átomos neutros, el Universo quedó sumido en una “edad oscura” hasta que las primeras fuentes de luz emitieron fotones ultravioleta capaces de arrancar electrones de los átomos de hidrógeno. Este proceso, iniciado apenas unos cientos de millones de años tras el Big Bang y completado alrededor de los mil millones de años de edad cósmica, transformó el medio intergaláctico en un plasma ionizado, permitiendo que la luz viaje sin ser absorbida de forma masiva. El estudio de esta era nos revela tanto el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias como las condiciones iniciales para la formación de estructuras a gran escala en el Universo.

Definición de reionización

La reionización es el proceso mediante el cual la mayor parte del hidrógeno en el medio intergaláctico pasó de estar en estado neutro a ionizado, es decir, separado en protones y electrones. Se la considera la segunda gran fase de cambio del hidrógeno desde el Big Bang, tras la recombinación ocurrida a los 380.000 años de edad del Universo.

La “edad oscura” cósmica

Tras la recombinación, el gas primordial quedó mayoritariamente neutro y el Universo quedó sumido en un período en que no existían fuentes de luz lo bastante potentes como para disociar o ionizar el hidrógeno, la llamada “edad oscura”. Durante esta etapa, la radiación de fondo de microondas (CMB) dominaba el panorama observable.

Orígenes de la reionización

Formación de las primeras estrellas

Las simulaciones y observaciones apuntan a que las primeras estrellas —muy masivas y de baja metalicidad— comenzaron a formarse entre 100 y 250 millones de años tras el Big Bang, generando enormes cantidades de fotones ultravioleta capaces de ionizar el entorno.

Primeras galaxias y burbujas de H II

Cada una de estas estrellas o grupos estelares creó bolsas de gas ionizado (regiones H II) que crecieron y, al superponerse, iniciaron la transición global hacia un medio totalmente ionizado.

(Foto: NASA/JPL-Caltech)

Mecanismos de ionización

Fotones ultravioleta de estrellas y cuásares

El principal contribuyente a la reionización fueron los fotones UV emitidos por estrellas masivas y, posiblemente, por núcleos galácticos activos (AGN), que proporcionaron energía suficiente para arrancar electrones del hidrógeno neutro.

Tiempo y velocidad del proceso

Las estimaciones basadas en el fondo de microondas indican que el proceso comenzó alrededor de los 400 millones de años y alcanzó su punto medio hacia los 700 millones de años tras el Big Bang, concluyéndose cerca de los mil millones de años de edad cósmica.

Observaciones y evidencias

Señales en el fondo de microondas

El análisis de la polarización de la CMB por misiones como Planck revela indicios del grado de ionización del Universo temprano, situando el corrimiento al rojo de reionización media en z ≈ 7–8, equivalente a unos 700 millones de años tras el Big Bang.

Absorción de líneas Lyman-α

Los quásares y las primeras galaxias muestran en sus espectros bandas de absorción de Lyman-α que delimitan regiones de hidrógeno neutro, permitiendo trazar la extensión de la niebla cósmica y su progresiva disipación.

Descubrimientos del James Webb

Recientemente, el telescopio James Webb ha identificado galaxias tan tempranas como a los 330 millones de años tras el Big Bang, capaces de crear burbujas de plasma que despejan la niebla neutral circundante, lo que sugiere fuentes de ionización más eficientes de lo esperado.

La misión SPHEREx

La nueva misión SPHEREx de la NASA, recién lanzada, mapeará más de 450 millones de galaxias en 102 longitudes de onda, proporcionando un censo estadístico de las fuentes responsables de la reionización y afinando nuestro conocimiento de este periodo.

Implicaciones y perspectivas futuras

Formación de estructuras cósmicas

La reionización no sólo permitió la transparencia del Universo, sino que también influyó en la formación de galaxias posteriores y la evolución del entramado cósmico, al modular la temperatura y la presión del medio intergaláctico.

Preguntas abiertas

Entre los interrogantes actuales destacan la contribución exacta de AGN frente a estrellas masivas, la duración precisa del proceso y la topología de las burbujas de ionización. Observatorios futuros y simulaciones avanzadas intentan resolver estas incógnitas.

Nuevos observatorios y simulaciones

Además de JWST y SPHEREx, se esperan datos de telescopios de próxima generación (p. ej., ELT) y mejoras en códigos de transporte radiativo como TRAPHIC para simular con detalle la propagación de fotones ionizantes.