El Telescopio Espacial James Webb mira hacia atrás en el universo primitivo, ve galaxias como nuestra Vía Láctea

Nuevas imágenes de[{» attribute=»»>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Esta simulación muestra tanto cómo se forman las barras estelares (izquierda) como las entradas de gas impulsadas por las barras (derecha). Las barras estelares juegan un papel importante en la evolución de las galaxias al canalizar el gas hacia las regiones centrales de una galaxia, donde se convierte rápidamente en nuevas estrellas, a un ritmo típicamente de 10 a 100 veces más rápido que el del resto de la galaxia. Las barras también ayudan indirectamente a que crezcan agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias canalizando gas a lo largo del camino. Crédito: Francoise Combes, Observatorio de París

El descubrimiento de las barras durante estas primeras épocas sacude los escenarios de la evolución de las galaxias de varias maneras.

«Este descubrimiento de las primeras barras significa que los modelos de evolución de galaxias ahora tienen un nuevo camino a través de las barras para acelerar la producción de nuevas estrellas en las primeras épocas», dijo Jogee.

Y la existencia misma de estas primeras barras desafía a los modelos teóricos, ya que necesitan acertar con la física de la galaxia para predecir la abundancia correcta de barras. El equipo probará diferentes modelos en próximos documentos.

Montaje de imágenes JWST que muestran seis ejemplos de galaxias barradas, dos de las cuales representan los tiempos de búsqueda identificados y caracterizados cuantitativamente más altos hasta la fecha. Las etiquetas en la parte superior izquierda de cada figura muestran el tiempo de búsqueda de cada galaxia, que va desde hace 8,4 a 11 mil millones de años (Gyr), cuando el universo tenía solo entre el 40% y el 20% de su edad actual. Crédito: NASA/CEERS/Universidad de Texas en Austin

JWST puede revelar estructuras en galaxias distantes mejor que Hubble por dos razones: primero, su espejo más grande le da una mayor capacidad de recolección de luz, lo que le permite ver más lejos y con mayor resolución. En segundo lugar, puede ver mejor a través del polvo, ya que observa en longitudes de onda infrarrojas más largas que el Hubble.

Los estudiantes universitarios Eden Wise y Zilei Chen jugaron un papel clave en la investigación al revisar visualmente cientos de galaxias, buscando lo que parecía tener barras, lo que ayudó a reducir la lista a unas pocas docenas para que otros investigadores las analizaran con un enfoque matemático más completo. .

Referencia: «Primer vistazo a las barras z > 1 en el marco de reposo del infrarrojo cercano con JWST Early CEERS Imaging» por Yuchen Guo, Shardha Jogee, Steven L. Finkelstein, Zilei Chen, Eden Wise, Micaela B. Bagley, Guillermo Barro, Stijn Wuyts, Dale D. Kocevski, Jeyhan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobasher, Mauro Giavalisco, Ray A. Lucas, Jorge A. Zavala, Jennifer M. Lotz, Norman A. Grogin, Marc Huertas-Company, Jesús Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko J. Cleri, Rosemary T. Coogan, MC Cooper, Luca Costantin, Darren Croton, Kelcey Davis, Alexander de la Vega, Avishai Dekel, Maximilien Franco, Jonathan P. Gardner, Benne W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Pérez-González, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R. Trump y Weichen Wang, aceptaron, Las cartas del diario del astrofísico.
arXiv:2210.08658

Otros coautores de UT Austin son Steven Finkelstein, Micaela Bagley y Maximilien Franco. Docenas de coautores de otras instituciones provienen de EE. UU., Reino Unido, Japón, España, Francia, Italia, Australia e Israel.

El financiamiento para esta investigación fue proporcionado en parte por Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, Heising-Simons Foundation y NASA. Este trabajo se basó en los recursos del Centro de Computación Avanzada de Texas, incluida la Frontera, la supercomputadora más poderosa de una universidad de EE. UU.