El Telescopio Espacial James Webb revela las galaxias más lejanas

Los astrónomos informan sobre las galaxias conocidas más distantes, detectadas y confirmadas por JWST.

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto las galaxias más antiguas y distantes confirmadas hasta la fecha utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). El telescopio captó la luz emitida por estas galaxias hace más de 13.400 millones de años, lo que significa que las galaxias datan de menos de 400 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo el 2% de su edad actual.

Las observaciones iniciales de JWST arrojaron varias galaxias candidatas a distancias extremas, como lo habían hecho las observaciones anteriores con el telescopio espacial Hubble. Ahora, cuatro de esos objetivos se han confirmado mediante la obtención de largas observaciones espectroscópicas, que no solo brindan mediciones confiables de sus distancias, sino que también permiten a los astrónomos caracterizar las propiedades físicas de las galaxias.

«Descubrimos galaxias increíblemente temprano en el universo distante», dijo Brant Robertson, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz. «Con JWST, por primera vez, ahora podemos encontrar galaxias tan distantes y luego confirmar espectroscópicamente que realmente están tan lejos».

Los astrónomos miden la distancia a una galaxia determinando su corrimiento al rojo. Debido a la expansión del universo, los objetos distantes parecen estar alejándose de nosotros, y su luz se estira a longitudes de onda más largas y rojas por el efecto Doppler. Las técnicas fotométricas basadas en imágenes capturadas a través de varios filtros pueden proporcionar estimaciones de corrimiento al rojo, pero las mediciones definitivas requieren espectroscopia, que separa la luz de un objeto en sus longitudes de onda componentes.

(Haga clic en la imagen para ver la infografía completa). El universo se está expandiendo, y esa expansión estira la luz a medida que viaja por el espacio en un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto mayor sea el corrimiento al rojo, mayor será la distancia que recorre la luz. En consecuencia, se necesitan telescopios con detectores infrarrojos para ver la luz de las primeras galaxias más lejanas. Créditos: NASA, ESA y L. Hustak (STSci)

Los nuevos hallazgos se centran en cuatro galaxias con desplazamientos al rojo superiores a 10. Dos galaxias observadas inicialmente por el Hubble ahora tienen desplazamientos al rojo confirmados de 10,38 y 11,58. Las dos galaxias más distantes, ambas detectadas en las imágenes del JWST, tienen desplazamientos al rojo de 13,20 y 12,63, lo que las convierte en las galaxias más distantes confirmadas por espectroscopia hasta la fecha. Un desplazamiento hacia el rojo de 13,2 corresponde a hace unos 13,500 millones de años.

“Estos van mucho más allá de lo que podríamos haber imaginado encontrar antes de JWST”, dijo Robertson. «En el corrimiento al rojo 13, el universo tiene solo unos 325 millones de años».

Robertson y Emma Curtis-Lake de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) son los autores principales de dos artículos sobre los hallazgos que aún no han pasado por el proceso de revisión por pares (consulte los enlaces a continuación).

Las observaciones provienen de una colaboración de científicos que encabezaron el desarrollo de dos de los instrumentos a bordo de Webb, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec). La investigación de las galaxias más débiles y antiguas ha sido la principal motivación en los conceptos de estos instrumentos. En 2015, los equipos instrumentales se unieron para proponer el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un ambicioso programa que cuenta con poco más de un mes de tiempo de telescopio y está diseñado para proporcionar una vista sin obstáculos del universo primitivo. y detalle JADES es una colaboración internacional de más de ochenta astrónomos de diez países.

«Estos hallazgos son la culminación de por qué los equipos de NIRCam y NIRSpec se unieron para realizar este programa de observación», dijo Marcia Rieke, investigadora principal de NIRCam en la Universidad de Arizona.

El programa JADES comenzó con NIRCam y utilizó más de 10 días de misión para observar una pequeña porción de cielo dentro y alrededor del campo ultraprofundo del Hubble. Los astrónomos han estado estudiando esta región durante más de 20 años con casi todos los grandes telescopios. El equipo de JADES observó el campo en nueve rangos de longitud de onda infrarroja diferentes, capturando imágenes exquisitas que revelan casi 100 000 galaxias distantes, cada una de ellas a miles de millones de años luz de distancia.

Luego, el equipo usó el espectrógrafo NIRSpec durante un solo período de observación de tres días para recolectar luz de 250 galaxias débiles. Esto produjo mediciones precisas del corrimiento al rojo y reveló las propiedades del gas y las estrellas en estas galaxias.

«Con estas medidas, podemos aprender sobre el brillo intrínseco de las galaxias y averiguar cuántas estrellas tienen», dijo Robertson. «Ahora podemos comenzar a distinguir realmente cómo se forman las galaxias a lo largo del tiempo».

El coautor Sandro Tacchella de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido agregó: «Es difícil entender las galaxias sin comprender los períodos iniciales de su desarrollo. Al igual que con los humanos, gran parte de lo que sucede a continuación depende del impacto de estas primeras generaciones de stars Tantas preguntas sobre las galaxias han estado esperando la oportunidad de transformación de Webb, y estamos entusiasmados de poder desempeñar un papel en la revelación de esta historia.

Según Robertson, la formación de estrellas en estas primeras galaxias habría comenzado unos 100 millones de años antes de la edad en que fueron observadas, situando la formación de las primeras estrellas en unos 225 millones de años después de la[{» attribute=»»>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568