Webb muestra que muchas de las primeras galaxias parecían tablas de surf y fideos de piscina

Los investigadores que analizan imágenes del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han descubierto que las galaxias en el universo primitivo suelen ser planas y alargadas, como tablas de surf y fideos de piscina, y rara vez son redondas, como pelotas de voleibol o frisbees. "Aproximadamente entre el 50 y el 80% de las galaxias que estudiamos parecen estar aplanadas en dos dimensiones", explicó el autor principal Viraj Pandya, miembro del Hubble de la NASA en la Universidad de Columbia en Nueva York. "Las galaxias que parecen fideos de piscina o tablas de surf parecen ser muy comunes en el universo primitivo, lo cual es sorprendente, ya que son poco comunes en las cercanías".

Durante más de un siglo, los astrónomos han clasificado las galaxias cercanas y lejanas, comparando sus formas visualmente y midiendo con precisión sus propiedades con datos conocidos como espectros . Por ejemplo, Edwin Hubble creó el diapasón Hubble en 1926 para comenzar a ordenar las formas y tamaños de las galaxias cercanas, demostrando que muchas son espirales y elípticas. A medida que los instrumentos de los telescopios se han vuelto cada vez más sensibles, es más fácil clasificar con mayor precisión sus formas. Nuevos datos del telescopio espacial James Webb han añadido matices a las clasificaciones de los astrónomos. Dado que Webb observa en  luz infrarroja , en sus imágenes aparecen muchas más galaxias extremadamente distantes. Además, las imágenes están muy detalladas, lo que permite a los investigadores identificar si hay áreas adicionales de formación estelar o confirmar que no están presentes. Un equipo dirigido por Viraj Pandya, miembro del Hubble de la NASA en la Universidad de Columbia en Nueva York, analizó recientemente cientos de galaxias distantes en la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) de Webb . CEERS cubre intencionalmente gran parte de la misma área que la Franja Groth Extendida del Telescopio Espacial Hubble , que fue uno de los cinco campos utilizados para crear el Estudio del Legado Extragaláctico Profundo del Infrarrojo Cercano de la Asamblea Cósmica (CANDELS). Esto les permitió verificar los resultados de Webb donde se superponen las observaciones de los telescopios. "Nuestro análisis de las galaxias de Webb fue muy consistente con las galaxias del catálogo del Telescopio Espacial Hubble", confirmó Pandya. "Dos conjuntos de datos nos permitieron examinar completamente nuestros modelos mientras realizábamos nuestro análisis, y comprender y categorizar mejor las galaxias que sólo Webb detectó". El equipo comenzó su análisis clasificando las galaxias en clases amplias según características similares. (No clasificaron la apariencia individual de cada galaxia, ya que eso requeriría información detallada de datos conocidos como espectros ). Encontraron una serie de formas extrañas cuando el universo tenía entre 600 y 6 mil millones de años. Las formas de galaxias que dominan parecen planas y alargadas, como fideos de piscina o tablas de surf. Estos dos tipos de galaxias representan aproximadamente entre el 50 y el 80% de todas las galaxias distantes que estudiaron, una sorpresa, ya que estas formas son raras más cerca de casa. Otras galaxias detectadas por Webb parecen redondas pero también aplanadas, como frisbees. La categoría menos poblada está formada por galaxias que tienen forma de esferas o pelotas de voleibol. Los datos de Webb también resolvieron un enigma que fue introducido por las observaciones del Telescopio Espacial Hubble hace décadas. ¿Por qué tantas galaxias distantes aparecen como largas líneas? ¿Había más galaxias que no aparecieran en sus imágenes? Webb respondió a esto en poco tiempo: al Hubble no se le ha escapado nada. "Webb confirmó lo que el Hubble nos ha mostrado durante mucho tiempo, pero con mayor detalle en luz infrarroja", dijo Pandya. “Sus observaciones combinadas muestran que en el universo primitivo, muchas más galaxias parecen planas y alargadas. Esto tiene profundas implicaciones, ya que normalmente asumimos que galaxias como nuestra Vía Láctea comenzaron como discos, pero puede que ese no sea el caso”. ¿Por qué las galaxias tienen formas tan diferentes en las primeras etapas de la historia del universo? Esta pregunta sigue sin respuesta por ahora, pero se están realizando investigaciones para comprender mejor cómo evolucionaron las galaxias a lo largo de todo el tiempo cósmico. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

El equipo se centró en un vasto campo de imágenes en el infrarrojo cercano proporcionadas por Webb, conocido como Estudio Científico de Liberación Temprana de Evolución Cósmica (CEERS) , extrayendo galaxias que se estima que existían cuando el universo tenía entre 600 y 6 mil millones de años.

Mientras que las galaxias más distantes parecen tablas de surf y fideos de piscina, otras tienen forma de frisbees y pelotas de voleibol. Las "pelotas de voleibol", o galaxias con forma de esfera, parecen ser el tipo más compacto del "océano" cósmico y también fueron las menos identificadas. Se descubrió que los frisbees eran tan grandes como las galaxias con forma de tabla de surf y fideos de piscina a lo largo del “horizonte”, pero se vuelven más comunes más cerca de la “costa” en el universo cercano.

¿En qué categoría caería nuestra galaxia, la Vía Láctea, si pudiéramos retroceder el reloj miles de millones de años? "Nuestra mejor suposición es que podría haberse parecido más a una tabla de surf", dijo el coautor Haowen Zhang, candidato a doctorado en la Universidad de Arizona en Tucson. Esta hipótesis se basa en parte en nueva evidencia de Webb: los teóricos han "retrocedido el reloj" para estimar la masa de la Vía Láctea hace miles de millones de años, lo que se correlaciona con la forma en ese momento.

Estas galaxias distantes también son mucho menos masivas que las espirales y elípticas cercanas: son precursoras de galaxias más masivas como la nuestra. "En el universo primitivo, las galaxias habían tenido mucho menos tiempo para crecer", dijo Kartheik Iyer, coautor y miembro del Hubble de la NASA, también en la Universidad de Columbia. “Identificar categorías adicionales para las galaxias primitivas es apasionante; ahora hay mucho más que analizar. Ahora podemos estudiar cómo se relacionan las formas de las galaxias con su apariencia y proyectar mejor cómo se formaron con mucho más detalle”.

La sensibilidad de Webb, las imágenes de alta resolución y la especialización en luz infrarroja permitieron al equipo caracterizar rápidamente muchas galaxias CEERS y modelar sus geometrías 3D. Pandya también dice que su trabajo no sería posible sin la extensa investigación que los astrónomos han realizado utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

Estos son ejemplos de galaxias distantes capturadas por el telescopio espacial James Webb de la NASA en su estudio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Una investigación reciente del campo CEERS dirigida por Viraj Pandya, miembro del Hubble de la NASA en la Universidad de Columbia en Nueva York, mostró que las galaxias frecuentemente aparecen planas y alargadas, como fideos de piscina o tablas de surf (a lo largo de la fila superior). Las galaxias delgadas, con forma de discos circulares, que se parecen a los frisbees, son el siguiente grupo importante (abajo a la izquierda y al centro). Finalmente, las galaxias con forma de esferas o pelotas de voleibol constituyeron la fracción más pequeña de sus detecciones (abajo a la derecha). Se estima que todas estas galaxias existían cuando el universo tenía entre 600 y 6 mil millones de años. Estos resultados todavía se consideran preliminares, porque el equipo clasificó imágenes de galaxias en clases amplias basándose en características similares. (No clasificaron sus apariciones individuales ya que eso requeriría información detallada de datos conocidos como espectros ). Se necesita mucho más análisis de muchas galaxias más distantes para determinar completamente qué formas y composiciones de galaxias existían en el universo primitivo. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Durante décadas, el Hubble nos ha cautivado con imágenes de algunas de las galaxias más antiguas, comenzando con su primer “campo profundo” en 1995 y continuando con un estudio fundamental conocido como Estudio del legado extragaláctico profundo en el infrarrojo cercano de la Asamblea Cósmica. Estudios del cielo profundo como estos dieron lugar a estadísticas mucho mayores, lo que llevó a los astrónomos a crear modelos 3D robustos de galaxias distantes a lo largo de todo el tiempo cósmico . Hoy, Webb está ayudando a mejorar estos esfuerzos, agregando una gran cantidad de galaxias distantes más allá del alcance del Hubble y revelando el universo temprano con mucho mayor detalle de lo que antes era posible.

Las imágenes de Webb del universo primitivo han actuado como el oleaje de un océano, aportando nuevas oleadas de evidencia. "El Hubble ha mostrado durante mucho tiempo un exceso de galaxias alargadas", explicó el coautor Marc Huertas-Company, científico investigador del Instituto de Astrofísica de las Islas Canarias. Pero los investigadores todavía se preguntaban: ¿los detalles adicionales se mostrarían mejor con la sensibilidad a la luz infrarroja? “Webb confirmó que Hubble no pasó por alto ninguna característica adicional en las galaxias que ambos observaron. Además, Webb nos mostró muchas galaxias más distantes con formas similares, todo con gran detalle”.

Todavía existen lagunas en nuestro conocimiento: los investigadores no sólo necesitan una muestra aún mayor de Webb para refinar aún más las propiedades y ubicaciones precisas de las galaxias distantes, sino que también necesitarán dedicar mucho tiempo a ajustar y actualizar sus modelos para reflejar mejor las geometrías precisas. de galaxias distantes. "Estos son los primeros resultados", dijo la coautora Elizabeth McGrath, profesora asociada del Colby College en Waterville, Maine. "Necesitamos profundizar más en los datos para descubrir qué está pasando, pero estamos muy entusiasmados con estas primeras tendencias".

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

Enlaces y documentos relacionados

• El artículo científico de V. Pandya et al.
• Artículo: Astronomía infrarroja
• Artículo: ¿Cómo puede Webb estudiar el universo primitivo?

Publicado en Webb el 17 de enero del 2024, enlace publicación.