Webb descubre que las galaxias enanas han reionizado el Universo
Utilizando las capacidades sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA, un equipo internacional de científicos ha obtenido las primeras observaciones espectroscópicas de las galaxias más débiles durante los primeros mil millones de años del Universo. Estos hallazgos ayudan a responder una pregunta de larga data para los astrónomos: ¿qué fuentes causaron la reionización del Universo?
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| Los astrónomos estiman que en esta imagen del Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA están representadas 50.000 fuentes de luz infrarroja cercana. Su luz ha recorrido varias distancias hasta llegar a los detectores del telescopio, representando la inmensidad del espacio en una sola imagen. Una estrella en primer plano de nuestra propia galaxia, a la derecha del centro de la imagen, muestra los distintivos picos de difracción de Webb. Las fuentes blancas brillantes rodeadas por un resplandor nebuloso son las galaxias del Cúmulo de Pandora, un conglomerado de cúmulos de galaxias ya masivos que se unen para formar un megacúmulo. La concentración de masa es tan grande que la estructura del espacio-tiempo se deforma por la gravedad, creando una superlupa natural llamada "lente gravitacional" que los astrónomos pueden utilizar para ver fuentes de luz muy distantes más allá del cúmulo que de otro modo serían indetectables. , incluso para Webb. Estas fuentes con lentes aparecen rojas en la imagen y, a menudo, como arcos alargados distorsionados por la lente gravitacional. Muchas de ellas son galaxias del Universo temprano, con sus contenidos ampliados y ampliados para que los astrónomos los estudien. [Descripción de la imagen: Un campo de galaxias abarrotado sobre un fondo negro, con una estrella grande dominando la imagen justo a la derecha del centro. Tres áreas se concentran con manchas blancas nebulosas más grandes a la izquierda, abajo a la derecha y arriba a la derecha sobre la estrella única. Esparcidas entre estas áreas hay muchas fuentes de luz más pequeñas; algunos también tienen un brillo blanco nebuloso, mientras que muchos otros son rojos o naranjas.] CRÉDITO: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Universidad Tecnológica de Swinburne), R. Bezanson (Universidad de Pittsburgh), A. Pagan (STScI) LICENCIA: Licencia estándar CC BY 4.0 INT o ESA. |
Queda mucho por entender sobre el momento de la historia temprana del Universo conocido como la era de la reionización [1]. Fue un período de oscuridad sin estrellas ni galaxias, lleno de una densa niebla de gas hidrógeno, hasta que las primeras estrellas ionizaron el gas a su alrededor y la luz comenzó a viajar a través de ellas. Los astrónomos han pasado décadas intentando identificar las fuentes que emitían radiación lo suficientemente potente como para eliminar gradualmente esta niebla de hidrógeno que cubría el Universo primitivo.
El programa Ultradeep NIRSpec y NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization ( UNCOVER ) (# 2561 ) consiste en imágenes y observaciones espectroscópicas del cúmulo de lentes Abell 2744. Un equipo internacional de astrónomos utilizó lentes gravitacionales para este objetivo, también conocido como Cúmulo de Pandora para investigar las fuentes del período de reionización del Universo. Las lentes gravitacionales [2] magnifican y distorsionan la apariencia de las galaxias distantes, por lo que se ven muy diferentes de las que están en primer plano.
La 'lente' del cúmulo de galaxias es tan masiva que deforma la estructura del espacio mismo, hasta el punto de que la luz de galaxias distantes que pasa a través del espacio deformado también adquiere una apariencia deformada. El efecto de ampliación permitió al equipo estudiar fuentes de luz muy distantes más allá de Abell 2744, revelando ocho galaxias extremadamente débiles que de otro modo serían indetectables, incluso para Webb .
El equipo descubrió que estas galaxias débiles son inmensas productoras de luz ultravioleta, en niveles cuatro veces mayores de lo que se suponía anteriormente. Esto significa que la mayoría de los fotones que reionizaron el Universo probablemente provinieron de estas galaxias enanas.
"Este descubrimiento revela el papel crucial desempeñado por las galaxias ultra débiles en la evolución del Universo temprano", dijo Iryna Chemerynska, miembro del equipo del Instituto de Astrofísica de París en Francia. “Producen fotones ionizantes que transforman el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Destaca la importancia de comprender las galaxias de baja masa a la hora de dar forma a la historia del Universo”.
"Estas potencias cósmicas emiten colectivamente energía más que suficiente para realizar el trabajo", añadió el líder del equipo Hakim Atek, también del Instituto de Astrofísica de París y autor principal del artículo que describe este resultado. "A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa son prolíficas productoras de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan sustancial que su influencia colectiva puede transformar todo el estado del Universo".
Para llegar a esta conclusión, el equipo primero combinó datos de imágenes de Webb extremadamente sensibles con imágenes de Abell 2744 del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA para seleccionar galaxias candidatas extremadamente débiles en la época de reionización.
A esto le siguió una espectroscopia con el espectrógrafo de infrarrojo cercano ( NIRSpec ) de Webb. El conjunto de obturadores múltiples del instrumento se utilizó para capturar varios espectros de estas galaxias débiles. Esta es la primera vez que los científicos estiman de manera confiable cuán comunes son las galaxias débiles. Los resultados confirman que son el tipo de galaxias más abundante durante la época de reionización. Esta es también la primera vez que se mide el poder ionizante de estas galaxias, lo que permite a los astrónomos determinar que están produciendo suficiente radiación energética para ionizar el Universo temprano.
"La increíble sensibilidad de NIRSpec combinada con la amplificación gravitacional proporcionada por Abell 2744 nos permitió identificar y estudiar en detalle estas galaxias de los primeros mil millones de años del Universo, a pesar de ser más de 100 veces más débiles que nuestra propia Vía Láctea", continuó Hakim. .
En un próximo programa de observación de Webb, llamado GLIMPSE , los científicos obtendrán las observaciones más sensibles jamás realizadas en el cielo. Al apuntar a otro cúmulo de galaxias, llamado Abell S1063, se identificarán galaxias aún más débiles durante la época de reionización. Esto permitirá a los científicos verificar si las galaxias enanas del estudio actual son típicas de la distribución de galaxias a gran escala. Como estos nuevos resultados se basan en observaciones obtenidas en un campo, el equipo señala que las propiedades ionizantes de las galaxias débiles pueden aparecer de manera diferente si residen en regiones más densas.
Por lo tanto, observaciones adicionales en un campo diferente proporcionarán más información y ayudarán a verificar estas conclusiones. Las observaciones de GLIMPSE también ayudarán a los astrónomos a investigar el período conocido como amanecer cósmico, cuando el Universo tenía sólo unos pocos millones de años, para mejorar nuestra comprensión sobre el surgimiento de las primeras galaxias.
Estos resultados han sido publicados hoy en la revista Nature, enlace artículo.
Notas
[1] La teoría predice que las primeras estrellas eran entre 30 y 300 veces más masivas que nuestro Sol y millones de veces más brillantes, y ardieron durante sólo unos pocos millones de años antes de explotar como supernovas. La energética luz ultravioleta de estas primeras estrellas fue capaz de dividir los átomos de hidrógeno en electrones y protones (o ionizarlos). Esta era, desde el final de la Edad Media hasta cuando el Universo tenía alrededor de mil millones de años, se conoce como la época de la reionización. Este es el período en el que la mayor parte del hidrógeno neutro fue reionizado por la creciente radiación de las primeras estrellas masivas. La reionización es un fenómeno importante en la historia de nuestro Universo, ya que presenta uno de los pocos medios mediante los cuales podemos (indirectamente) estudiar estas primeras estrellas y galaxias.
[2] La lente gravitacional se produce cuando un cuerpo celeste masivo, como un cúmulo de galaxias, provoca una curvatura suficiente del espacio-tiempo para que la trayectoria de la luz a su alrededor se doble visiblemente, como si fuera una lente. En consecuencia, el cuerpo que provoca la curvatura de la luz se denomina lente gravitacional. Según la teoría general de la relatividad de Einstein, el tiempo y el espacio están fusionados en una cantidad conocida como espaciotiempo. Según esta teoría, los objetos masivos hacen que el espacio-tiempo se curve, y la gravedad es simplemente la curvatura del espacio-tiempo. A medida que la luz viaja a través del espacio-tiempo, la teoría predice que el camino seguido por la luz también será curvado por la masa del objeto. Las lentes gravitacionales son un ejemplo dramático y observable de la teoría de Einstein en acción. Los cuerpos celestes extremadamente masivos, como los cúmulos de galaxias, provocan que el espacio-tiempo se curve significativamente. En otras palabras, actúan como lentes gravitacionales. Cuando la luz de una fuente de luz más distante pasa por una lente gravitacional, la trayectoria de la luz se curva y se produce una imagen distorsionada del objeto distante.
Más información
Webb es el telescopio más grande y potente jamás lanzado al espacio. En virtud de un acuerdo de colaboración internacional, la ESA proporcionó el servicio de lanzamiento del telescopio, utilizando el vehículo de lanzamiento Ariane 5. En colaboración con sus socios, la ESA fue responsable del desarrollo y la calificación de las adaptaciones del Ariane 5 para la misión Webb y de la adquisición del servicio de lanzamiento por parte de Arianespace. La ESA también proporcionó el espectrógrafo NIRSpec y el 50% del instrumento de infrarrojo medio MIRI , que fue diseñado y construido por un consorcio de institutos europeos financiados a nivel nacional (el Consorcio Europeo MIRI) en asociación con el JPL y la Universidad de Arizona.
Webb es una asociación internacional entre la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).
Contacto:
Relaciones con los medios de la ESA
Publicado en ESA el 28 de febrero del 2024, enlace publicación.
