El universo primitivo crujió con ráfagas de formación estelar
Entre las preguntas más fundamentales en astronomía está: ¿Cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias? El telescopio espacial James Webb de la NASA ya está proporcionando nuevos conocimientos sobre esta cuestión. Uno de los programas más grandes en el primer año de ciencia de Webb es el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES, que dedicará alrededor de 32 días de tiempo de telescopio para descubrir y caracterizar galaxias distantes y tenues. Si bien los datos siguen llegando, JADES ya ha descubierto cientos de galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. El equipo también ha identificado galaxias que brillan con una multitud de estrellas jóvenes y calientes.
“Con JADES, queremos responder muchas preguntas, como: ¿Cómo se ensamblaron las primeras galaxias? ¿Qué tan rápido formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas? dijo Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, codirectora del programa JADES.
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| Esta imagen infrarroja del Telescopio Espacial James Webb de la NASA (JWST) fue tomada para el programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES. Muestra una porción de un área del cielo conocida como GOODS-South, que ha sido bien estudiada por el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios. Aquí se ven más de 45.000 galaxias. Usando estos y otros datos, el equipo de JADES ha descubierto cientos de galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. La gran cantidad de estas galaxias estaba mucho más allá de las predicciones de las observaciones realizadas antes del lanzamiento de Webb. El equipo también identificó galaxias que existieron durante un tiempo conocido como la Época de Reionización, cuando el universo pasó por una transformación de opaco a transparente. Muchas de estas galaxias muestran firmas de líneas de emisión inusualmente fuertes debido a la creación de multitudes de estrellas calientes y masivas. En esta imagen, se asignaron azul, verde y rojo a los datos de NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb a 0,9, 1,15 y 1,5 micras; 2,0, 2,77 y 3,35 micras; y 3,56, 4,1 y 4,44 micras (F090W, F115W y F150W; F200W, F277W y F335M; y F356W, F410M y F444W), respectivamente. Créditos: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA) |
Fábricas estelares
Ryan Endsley, de la Universidad de Texas en Austin, dirigió una investigación sobre las galaxias que existieron entre 500 y 850 millones de años después del Big Bang. Este fue un momento crucial conocido como la época de la reionización. Durante cientos de millones de años después del Big Bang, el universo estuvo lleno de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después del Big Bang, la niebla se disipó y el universo se volvió transparente, un proceso conocido como reionización. Los científicos han debatido si los agujeros negros supermasivos activos o las galaxias llenas de estrellas jóvenes y calientes fueron la causa principal de la reionización.
Como parte del programa JADES, Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias para buscar señales de formación estelar y las encontraron en abundancia. “Casi todas las galaxias que estamos encontrando muestran estas firmas de líneas de emisión inusualmente fuertes que indican una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para crear estrellas calientes y masivas”, dijo Endsley.
Estas estrellas masivas y brillantes emitieron torrentes de luz ultravioleta, que transformó el gas circundante de opaco a transparente al ionizar los átomos, eliminando electrones de sus núcleos. Dado que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido el principal impulsor del proceso de reionización. La reunión posterior de los electrones y los núcleos produce las líneas de emisión distintivamente fuertes.
Endsley y sus colegas también encontraron evidencia de que estas galaxias jóvenes experimentaron períodos de rápida formación estelar intercalados con períodos tranquilos en los que se formaron menos estrellas. Estos ajustes y arranques pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de las materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. Alternativamente, dado que las estrellas masivas explotan rápidamente, es posible que hayan inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas.
El Universo Primitivo Revelado
Otro elemento del programa JADES implica la búsqueda de las primeras galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 400 millones de años. Al estudiar estas galaxias, los astrónomos pueden explorar cómo la formación de estrellas en los primeros años después del Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad. La luz de las galaxias lejanas se estira a longitudes de onda más largas y colores más rojos por la expansión del universo, un fenómeno llamado corrimiento al rojo. Al medir el corrimiento al rojo de una galaxia, los astrónomos pueden saber qué tan lejos está y, por lo tanto, cuándo existió en el universo primitivo. Antes de Webb, solo se observaron unas pocas docenas de galaxias por encima de un corrimiento al rojo de 8, cuando el universo tenía menos de 650 millones de años, pero JADES ahora ha descubierto casi mil de estas galaxias extremadamente distantes.
El estándar de oro para determinar el corrimiento al rojo consiste en observar el espectro de una galaxia, que mide su brillo en una miríada de longitudes de onda estrechamente espaciadas. Pero se puede determinar una buena aproximación tomando fotos de una galaxia usando filtros que cubran una banda estrecha de colores para obtener un puñado de medidas de brillo. De esta forma, los investigadores pueden determinar estimaciones de las distancias de muchos miles de galaxias a la vez.
Kevin Hainline de la Universidad de Arizona en Tucson y sus colegas utilizaron el instrumento NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb para obtener estas medidas, llamadas desplazamientos al rojo fotométricos, e identificaron más de 700 galaxias candidatas que existían cuando el universo tenía entre 370 millones y 650 millones. años. La gran cantidad de estas galaxias estaba mucho más allá de las predicciones de las observaciones realizadas antes del lanzamiento de Webb. La exquisita resolución y sensibilidad del observatorio están permitiendo a los astrónomos obtener una mejor vista de estas galaxias distantes que nunca antes.
“Anteriormente, las primeras galaxias que podíamos ver parecían pequeñas manchas. Y, sin embargo, esas manchas representan millones o incluso miles de millones de estrellas al comienzo del universo”, dijo Hainline. “Ahora, podemos ver que algunos de ellos son en realidad objetos extendidos con estructura visible. Podemos ver agrupaciones de estrellas naciendo solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos”.
“Estamos descubriendo que la formación estelar en el universo primitivo es mucho más complicada de lo que pensábamos”, agregó Rieke.
Estos resultados se informan en la reunión 242 de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Albuquerque, Nuevo México.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Créditos
Contacto con los medios
Cristina Pulliam
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Enlaces y documentos relacionados:
Webb de la NASA alcanza un nuevo hito en la búsqueda de galaxias distantes
Publicado en Webb el 5 de junio del 2023, enlace publicación.
