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Webb observa las primeras galaxias del universo

Unos días después de comenzar oficialmente las operaciones científicas, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA impulsó a los astrónomos a un reino de galaxias tempranas, previamente ocultas fuera del alcance de todos los demás telescopios hasta ahora.

“Todo lo que vemos es nuevo. Webb nos está mostrando que hay un universo muy rico más allá de lo que imaginamos”, dijo Tommaso Treu de la Universidad de California en Los Ángeles, investigador principal de uno de los programas de Webb. “Una vez más el universo nos ha sorprendido. Estas galaxias tempranas son muy inusuales en muchos sentidos”.

Dos de las galaxias más lejanas vistas hasta la fecha están capturadas en estas imágenes del Telescopio Espacial Webb de las regiones exteriores del cúmulo de galaxias gigantes Abell 2744. Las galaxias no están dentro del cúmulo, sino muchos miles de millones de años luz más atrás de él. La galaxia etiquetada (1) existió sólo 450 millones de años después del Big Bang. La galaxia etiquetada (2) existió 350 millones de años después del Big Bang. Ambos se ven muy cerca en el tiempo del Big Bang que ocurrió hace 13.800 millones de años. Estas galaxias son pequeñas en comparación con nuestra Vía Láctea, siendo solo un pequeño porcentaje de su tamaño, incluso la galaxia inesperadamente alargada etiquetada (1). Créditos: Ciencia: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA); Procesamiento de imágenes: Zolt G. Levay (STScI)

La investigación científica con Webb

Dos trabajos de investigación, dirigidos por Marco Castellano del Instituto Nacional de Astrofísica en Roma, Italia, y Rohan Naidu del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica y el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, se han publicado en Astrophysical Journal Letters.

Estos hallazgos iniciales provienen de una iniciativa de investigación más amplia de Webb que involucra dos programas de Ciencia de Liberación Temprana (ERS): elGrism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) y elCosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).

Con solo cuatro días de análisis, los investigadores encontraron dos galaxias excepcionalmente brillantes en las imágenes de GLASS-JWST. Estas galaxias existieron aproximadamente 450 y 350 millones de años después del Big Bang (con un desplazamiento al rojo de aproximadamente 10,5 y 12,5, respectivamente), aunque las futuras mediciones espectroscópicas con Webb ayudarán a confirmar.

“Con Webb, nos sorprendió encontrar la luz estelar más distante que nadie haya visto, pocos días después de que Webb publicara sus primeros datos”, dijo Naidu de la galaxia GLASS más distante, conocida como GLASS-z12, que se cree que data de 350 millones de años después del Big Bang. El anterior poseedor del récord es la galaxia GN-z11, que existió 400 millones de años después del Big Bang (corrimiento al rojo 11.1), y fue identificada en 2016 por el Observatorio Hubble y Keck en programas de cielo profundo.

“Basándonos en todas las predicciones, pensamos que teníamos que buscar un volumen mucho mayor de espacio para encontrar tales galaxias”, dijo Castellano. “Estas observaciones simplemente hacen que tu cabeza explote. Este es un capítulo completamente nuevo en astronomía. Es como una excavación arqueológica, y de repente encuentras una ciudad perdida o algo que no conocías. Es simplemente asombroso”, agregó Paola Santini, cuarta autora del artículo GLASS-JWST de Castellano et al.

“Si bien las distancias de estas primeras fuentes aún deben confirmarse con espectroscopia, sus brillos extremos son un verdadero rompecabezas, desafiando nuestra comprensión de la formación de galaxias”, señaló Pascal Oesch de la Universidad de Ginebra en Suiza, segundo autor del artículo de Naidu et al.

Las observaciones de Webb empujan a los astrónomos hacia un consenso de que un número inusual de galaxias en el universo temprano eran mucho más brillantes de lo esperado. Esto hará que sea más fácil para Webb encontrar aún más galaxias tempranas en estudios posteriores del cielo profundo, dicen los investigadores.

“Hemos clavado algo que es increíblemente fascinante. Estas galaxias tendrían que haber comenzado a unirse tal vez solo 100 millones de años después del Big Bang. Nadie esperaba que la edad oscura hubiera terminado tan temprano”, dijo Garth Illingworth, de la Universidad de California en Santa Cruz, miembro del equipo Naidu / Oesch. “El universo primitivo habría sido sólo una centésima parte de su edad actual. Es una franja de tiempo en el cosmos en evolución de 13.800 millones de años”.

Erica Nelson, de la Universidad de Colorado, miembro del equipo de Naidu / Oesch, señaló que “nuestro equipo quedó impresionado al poder medir las formas de estas primeras galaxias; Sus discos tranquilos y ordenados cuestionan nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias en el abarrotado y caótico universo temprano”. Este notable descubrimiento de discos compactos en tiempos tan tempranos solo fue posible gracias a las imágenes mucho más nítidas de Webb, en luz infrarroja, en comparación con el Hubble.

“Estas galaxias son muy diferentes a la Vía Láctea u otras grandes galaxias que vemos a nuestro alrededor hoy”, dijo Treu.

Illingworth enfatizó que las dos galaxias brillantes encontradas por estos equipos tienen mucha luz. Dijo que una opción es que podrían haber sido muy masivas, con muchas estrellas de baja masa, como las galaxias posteriores. Alternativamente, podrían ser mucho menos masivas, consistiendo en muchas menos estrellas extraordinariamente brillantes, conocidas como estrellas de Población III. Largamente teorizadas, serían las primeras estrellas nacidas, ardiendo a temperaturas abrasadoras y compuestas solo de hidrógeno y helio primordiales, antes de que las estrellas pudieran cocinar elementos más pesados en sus hornos de fusión nuclear. No se ven tales estrellas primordiales extremadamente calientes en el universo local.

“De hecho, la fuente más lejana es muy compacta, y sus colores parecen indicar que su población estelar está particularmente desprovista de elementos pesados e incluso podría contener algunas estrellas de Población III. Solo los espectros de Webb lo dirán”, dijo Adriano Fontana, segundo autor de Castellanoet al. y miembro del equipo GLASS-JWST.

Las estimaciones actuales de la distancia de Webb a estas dos galaxias se basan en la medición de sus colores infrarrojos. Eventualmente, las mediciones de espectroscopia de seguimiento que muestran cómo se ha estirado la luz en el universo en expansión proporcionarán una verificación independiente de estas mediciones cósmicas.

Más sobre Webb

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y sondeará 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, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

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