El telescopio espacial James Webb revela una química compleja inesperada en una galaxia primigenia
Esta imagen infrarroja del telescopio espacial James Webb de la NASA fue tomada por la cámara de infrarrojo cercano a bordo para el programa de sondeo extragaláctico profundo avanzado del JWST, o JADES. Los datos de NIRCam se utilizaron para determinar qué galaxias estudiar más a fondo con observaciones espectroscópicas. Se determinó que una de esas galaxias, JADES-GS-z14-0 (que se muestra en el recorte), tenía un desplazamiento al rojo de 14,3, lo que la convierte en la galaxia más distante conocida. Esto corresponde a un tiempo inferior a 300 millones de años después del Big Bang. NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA), Phill Cargile (CfA)
Fuente The University of Arizona
Los astrónomos de la Universidad de Arizona han aprendido más sobre una galaxia sorprendentemente madura que existió cuando el universo tenía poco menos de 300 millones de años, aproximadamente el 2% de su edad actual.
Observada por el telescopio espacial James Webb de la NASA, la galaxia, denominada JADES-GS-z14-0, es inesperadamente brillante y químicamente compleja para un objeto de esta era primordial, dijeron los investigadores. Esto proporciona una visión poco común del capítulo más temprano del universo.
Los hallazgos, publicados en la revista Nature Astronomy, se basan en el descubrimiento anterior de los investigadores, informado en 2024, de JADES-GS-z14-0 como la galaxia más distante jamás observada. Si bien este descubrimiento inicial estableció la distancia récord de la galaxia y el brillo inesperado, la nueva investigación profundiza en su composición química y estado evolutivo.
El trabajo se realizó como parte del Estudio Extragaláctico Profundo Avanzado JWST, o JADES, un importante programa del Telescopio Espacial James Webb diseñado para estudiar galaxias distantes.
Esto no fue simplemente tropezar con algo inesperado, dijo Kevin Hainline, coautor del nuevo estudio y profesor asociado de investigación en el Observatorio Steward de la U de A. El estudio fue diseñado deliberadamente para encontrar galaxias distantes, pero Esta galaxia rompió los récords del equipo de maneras que no anticiparon; era intrínsecamente brillante y tenía una composición química compleja que era totalmente inesperada tan temprano en la historia del universo.
«No es solo una pequeña pepita. Es brillante y bastante extensa para la edad del universo cuando la observamos», dijo Hainline.
«El hecho de que hayamos encontrado esta galaxia en una pequeña región del cielo significa que debería haber más de estas por ahí», dijo el autor principal del estudio Jakob Helton, investigador de posgrado en el Observatorio Steward. «Si miráramos todo el cielo, lo que no podemos hacer con el JWST, eventualmente encontraríamos más de estos objetos extremos».
El equipo de investigación utilizó múltiples instrumentos a bordo del JWST, incluida la Cámara de Infrarrojo Cercano, o NIRCam, cuya construcción fue dirigida por la Profesora de Astronomía de la U of A Regents Marcia Rieke. Otro instrumento en el telescopio, el Instrumento de Infrarrojo Medio, o MIRI, reveló algo extraordinario: cantidades significativas de oxígeno.
En astronomía, cualquier cosa más pesada que el helio se considera un «metal», dijo Helton. Estos metales requieren generaciones de estrellas para producirse. El universo primitivo contenía solo hidrógeno, helio y trazas de litio. Pero el descubrimiento de oxígeno sustancial en la galaxia JADES-GS-z14-0 sugiere que la galaxia había estado formando estrellas durante potencialmente 100 millones de años antes de que fuera observada.
Para producir oxígeno, la galaxia debe haber comenzado muy temprano, porque tendría que haber formado una generación de estrellas, dijo George Rieke, profesor de Astronomía y autor principal del estudio. Esas estrellas deben haber evolucionado y explotado como supernovas para liberar oxígeno al espacio interestelar, a partir del cual se formarían y evolucionarían nuevas estrellas.
«Es un ciclo muy complicado obtener tanto oxígeno como el que tiene esta galaxia. Por lo tanto, es realmente alucinante», dijo Rieke.
El hallazgo sugiere que la formación de estrellas comenzó incluso antes de lo que los científicos creían, lo que retrasa la línea de tiempo de cuándo podrían haberse formado las primeras galaxias después del Big Bang.
La observación requirió aproximadamente nueve días de tiempo de telescopio, incluidas 167 horas de imágenes de NIRCam y 43 horas de imágenes de MIRI, enfocadas en una porción increíblemente pequeña del cielo.
Los astrónomos de la U of A tuvieron suerte de que esta galaxia estuviera en el lugar perfecto para observar con MIRI. Si hubieran apuntado el telescopio solo una fracción de grado en cualquier dirección, no habrían podido obtener estos datos cruciales del infrarrojo medio, dijo Helton.
«Imagínese un grano de arena al final de su brazo. Verá qué grande es en el cielo: así de grande es el tamaño que vimos», dijo Helton.
La existencia de una galaxia tan desarrollada tan temprano en la historia cósmica sirve como un poderoso caso de prueba para los modelos teóricos de formación de galaxias.
«Nuestra participación aquí es el resultado de que la U de A ha sido líder en astronomía infrarroja desde mediados de los años 60, cuando comenzó. Tuvimos el primer grupo importante de astronomía infrarroja en el laboratorio lunar y planetario, con Gerard Kuiper, Frank Low y Harold Johnson», dijo Rieke.
A medida que los humanos adquieran la capacidad de observar y comprender directamente las galaxias que existieron durante la infancia del universo, esto puede proporcionar información crucial sobre cómo evolucionó el universo desde elementos simples hasta la química compleja necesaria para la vida tal como la conocemos.
«Estamos en un momento increíble en la historia de la astronomía», dijo Hainline. «Podemos comprender galaxias que están mucho más allá de todo lo que los humanos hayan encontrado y verlas de muchas maneras diferentes y realmente comprenderlas. Eso es realmente mágico».
