El universo primitivo crujió con ráfagas de formación de estrellas, muestra el Telescopio Webb
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 Sondeo Extragaláctico Profundo Avanzado JWST, o JADES, que dedicará alrededor de 32 días del tiempo del telescopio a 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 identificó galaxias que brillaban con una multitud de estrellas jóvenes y calientes.
Estos resultados se publican en el 242a reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Albuquerque, Nuevo México.
«Con JADES queremos responder muchas preguntas, como: ¿Cómo se formaron las primeras galaxias? ¿Con qué rapidez formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas?». dijo Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, co-líder del programa JADES.
fábricas de estrellas
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 neblina gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Alrededor de mil millones de años después del Big Bang, la neblina 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 principal causa de la reionización.
Como parte del programa JADES, Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias con el instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para buscar firmas de formación de estrellas, y las encontraron en abundancia. «Casi todas las galaxias que hemos encontrado muestran estas firmas de líneas de emisión excepcionalmente fuertes, lo que indica una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para crear estrellas calientes y masivas», dijo Endsley.
Estas estrellas brillantes y masivas emiten torrentes de luz ultravioleta, que convierten el gas circundante de átomos ionizantes opacos a transparentes, arrancando electrones de sus núcleos. Debido a que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas masivas y calientes, es posible que hayan sido el principal impulsor del proceso de reionización. La reunión adicional de electrones y 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 comienzos pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. Alternativamente, debido a que las estrellas masivas explotan tan rápido, es posible que hayan inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas.
El universo primigenio 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 posteriores al Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad. La luz de galaxias distantes se expande 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 decir 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 implica mirar el espectro de una galaxia, que mide su brillo en una miríada de longitudes de onda cercanas. Pero se puede determinar una buena aproximación tomando fotografías de una galaxia usando filtros que cubran una gama estrecha de colores para obtener algunas 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 Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) 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 excelente 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 solo pequeñas manchas. Y, sin embargo, esas manchas representan millones o incluso miles de millones de estrellas en el universo primitivo», dijo Hainline. «Ahora podemos ver que algunos de ellos son en realidad objetos extendidos con estructura visible. Podemos ver cúmulos de estrellas que nacen solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos».
«Estamos descubriendo que la formación de estrellas en el universo primitivo es mucho más complicada de lo que pensábamos», agregó Rieke.
