Ciencias

Presenciando las primeras galaxias alimentándose de gas frío

Esta ilustración muestra una galaxia que se formó apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el gas era una mezcla de transparente y opaco durante la Era de la Reionización. Los datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestran que hay una gran cantidad de gas neutro y frío en las proximidades de estas galaxias primitivas, y que el gas puede ser más denso de lo previsto.
Webb observó estas galaxias como parte de su estudio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) unos meses después de comenzar a realizar observaciones en 2022. CEERS incluye imágenes y datos conocidos como espectros de los microobturadores a bordo de su NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano). . Los datos de CEERS se publicaron de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte del programa Early Release Science (ERS) de Webb.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Sólo el Telescopio Espacial James Webb puede detectar e investigar estas galaxias, que se formaron dentro de gas denso y opaco cuando el Universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años.

Un equipo en Dinamarca que examina datos de archivo del Telescopio espacial James Webb Recientemente descubrió un trío de galaxias distantes que estaban en proceso de recolectar gas cuando el Universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años. Su detección y caracterización son logros destacables de los que sólo Webb es capaz actualmente, gracias a su especialización en luz infrarroja. Los datos muestran por primera vez que grandes reservas de gas rodean estas galaxias primitivas. Este gas eventualmente caerá en las galaxias, impulsando la formación de nuevas estrellas y, durante millones de años, dando lugar a galaxias altamente estructuradas llenas de estrellas.

Infografía del universo a través del tiempo

Aunque no estamos seguros de cuándo comenzaron a brillar exactamente las primeras estrellas, sabemos que debieron formarse algún tiempo después de la era de la Recombinación, cuando se formaron los átomos de hidrógeno y helio (380.000 años después del Big Bang), y antes de las más antiguas conocidas. galaxias. existió (400 millones de años después del Big Bang). La luz ultravioleta emitida por las primeras estrellas descompuso el gas hidrógeno neutro que llenaba el universo en iones de hidrógeno y electrones libres, iniciando la era de la reionización y el fin de la Edad Oscura del universo. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI

Galaxias en formación activa en el universo temprano, capturadas alimentándose de gas frío

Los investigadores que analizan datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han identificado tres galaxias que pueden haberse estado formando activamente cuando el universo tenía sólo entre 400 y 600 millones de años. Los datos de Webb muestran que estas galaxias están rodeadas de gas que los investigadores sospechan que es casi exclusivamente hidrógeno y helio, los primeros elementos que existieron en el cosmos. Los instrumentos de Webb son tan sensibles que pudieron detectar una cantidad inusual de gas denso que rodea estas galaxias. Es probable que este gas acabe impulsando la formación de nuevas estrellas en las galaxias.

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Perspectivas del Centro del Amanecer Cósmico

«Estas galaxias son como islas brillantes en un mar de gas opaco y neutro», explicó Kasper Heintz, autor principal y profesor asistente de astrofísica en el Centro del Amanecer Cósmico (DAWN) de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. «Sin Webb, no podríamos observar estas galaxias tan tempranas, y mucho menos aprender mucho sobre su formación».

“Nos estamos alejando de la imagen de las galaxias como ecosistemas aislados. En esta etapa de la historia del Universo, todas las galaxias están íntimamente conectadas al medio intergaláctico con sus filamentos y estructuras de gas puro”, añadió Simone Nielsen, coautora y estudiante de doctorado que también trabaja en DAWN.

Condiciones durante la era de la reionización (ilustración)

Hace más de 13 mil millones de años, durante la Era de la Reionización, el Universo era un lugar muy diferente. El gas entre las galaxias era en gran medida opaco a la luz energética, lo que hacía difícil observar las galaxias jóvenes. A medida que las estrellas y las galaxias jóvenes continuaron formándose y evolucionando, comenzaron a alterar el gas que las rodeaba. Durante cientos de millones de años, el gas pasó de ser un gas neutro y opaco a un gas ionizado y transparente. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

Observaciones y análisis detallados.

En las imágenes de Webb, las galaxias parecen tenues manchas rojas, razón por la cual los datos adicionales, conocidos como espectros, fueron fundamentales para las conclusiones del equipo. Estos espectros muestran que la luz de estas galaxias está siendo absorbida por grandes cantidades de gas hidrógeno neutro. «El gas debe estar muy extendido y cubrir una fracción muy grande de la galaxia», dijo Darach Watson, coautor y profesor de DAWN. “Esto sugiere que estamos viendo la acumulación de gas hidrógeno neutro en las galaxias. Este gas se enfriará, se acumulará y formará nuevas estrellas”.

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El universo era un lugar muy diferente varios cientos de millones de años después del Big Bang, durante un período conocido como la Era de la Reionización. (Vea la imagen de arriba). El gas entre las estrellas y las galaxias era en gran medida opaco. El gas en todo el universo sólo se volvió completamente transparente unos mil millones de años después de la Big Bang. Las estrellas de las galaxias contribuyeron a calentar e ionizar el gas a su alrededor, haciendo que el gas eventualmente se volviera completamente transparente.

Al comparar los datos de Webb con los modelos de formación estelar, los investigadores también descubrieron que estas galaxias tienen en su mayoría poblaciones de estrellas jóvenes. «El hecho de que estemos viendo grandes reservas de gas también sugiere que las galaxias aún no han tenido tiempo suficiente para formar la mayoría de sus estrellas», añadió Watson.

este es solo el comienzo

Webb no sólo está sirviendo a la objetivos de la misión que impulsó su desarrollo y lanzamiento, los está superando. «Antes de Webb era imposible obtener imágenes y datos de estas galaxias distantes», explicó Gabriel Brammer, coautor y profesor asociado de DAWN. «Además, teníamos una buena idea de lo que encontraríamos cuando vislumbramos los datos por primera vez; casi estábamos haciendo descubrimientos a simple vista».

Aún quedan muchas otras cuestiones por abordar. ¿Dónde, específicamente, está el gas? ¿Cuánto se encuentra cerca de los centros de las galaxias – o en sus afueras? ¿El gas es puro o ya está poblado de elementos más pesados? Aún están por llegar investigaciones importantes. «El siguiente paso es construir grandes muestras estadísticas de galaxias y cuantificar en detalle la prevalencia y prominencia de sus características», dijo Heintz.

Investigación científica de liberación temprana de la evolución cósmica (CEERS) (imagen de Webb NIRCam)

Mire profundamente este vasto paisaje. Ha sido ensamblado a partir de múltiples imágenes capturadas por el Telescopio Espacial James Webb en luz infrarroja cercana, y prácticamente está pulsando con actividad. Crédito: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Alyssa Pagan (STScI)

Los hallazgos de los investigadores fueron posibles gracias a la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) de Webb, que incluye espectros de galaxias distantes del NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del telescopio, y se lanzó de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte del Estudio Temprano. Programa científico de lanzamiento (ERS).

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Este trabajo fue publicado en la edición del 24 de mayo de 2024 de la revista. Ciencia.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte Webb captura por primera vez el nacimiento de las primeras galaxias del universo.

Referencia: “Absorción de Lyman-α fuertemente amortiguada en galaxias jóvenes en formación de estrellas con desplazamientos al rojo de 9 a 11” por Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch, Páll Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro'uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein y Sune Toft, 23 de mayo de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adj0343

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, e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

Prudencia Febo

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