JWST es testigo del ascenso de las estrellas

Observaciones revolucionarias de Telescopio espacial James Webb Los resultados de una fusión galáctica temprana indican una formación estelar más rápida y eficiente de lo que se esperaba anteriormente, revelando poblaciones estelares complejas y desafiando las teorías cosmológicas actuales.

• Las galaxias y las estrellas se desarrollaron más rápido después Big Bang esperado.
• Imágenes detalladas de una de las primeras galaxias muestran que el crecimiento fue mucho más rápido de lo que pensábamos.

Un equipo de investigación internacional ha realizado observaciones detalladas sin precedentes de la primera fusión de galaxias. Sugieren que las estrellas se desarrollaron mucho más rápido y más eficientemente de lo que pensábamos.

Utilizaron el telescopio espacial James Webb (JWST) para observar el enorme objeto tal como era 510 millones de años después del Big Bang, es decir, hace unos 13 mil millones de años.

«Cuando realizamos estas observaciones, esta galaxia era diez veces más masiva que cualquier otra galaxia encontrada tan temprano en el Universo», dice el Dr. Kit Boyett, investigador de ASTRO 3D sobre galaxias tempranas, de la Universidad de Melbourne. Es el autor principal de un artículo publicado recientemente en astronomía natural. El artículo cuenta con 27 autores de 19 instituciones de Australia, Tailandia, Italia, Estados Unidos, Japón, Dinamarca y China.

JWST, lanzado en 2021, permite a los astrónomos ver el Universo temprano de formas antes imposibles. Objetos que aparecían como puntos únicos de luz a través de telescopios anteriores como el telescopio espacial Hubbleestán revelando su complejidad.

JWST muestra detalles de la fusión masiva de galaxias que ocurrió hace 13 mil millones de años. Crédito: ASTRO 3D

«Es sorprendente ver el poder de JWST para proporcionar una vista detallada de las galaxias en el borde del Universo observable y, por lo tanto, retroceder en el tiempo», dice el profesor Michele Trenti, líder del tema ASTRO 3D First Galaxies y líder de nodo en la Universidad de Melbourne. «Este observatorio espacial está transformando nuestra comprensión de la formación inicial de las galaxias», añade el profesor Trenti.

Las observaciones del presente artículo muestran una galaxia compuesta por varios grupos con dos componentes en el grupo principal y una cola larga, lo que sugiere una fusión en curso de dos galaxias en una más grande.

“La fusión aún no ha terminado. Podemos decir esto por el hecho de que todavía vemos dos componentes. La larga cola probablemente se produce por el hecho de que parte de la emisión se deja de lado durante la fusión. Cuando dos cosas se fusionan, en cierto sentido desechan parte de la materia. Entonces, esto nos dice que hay una fusión y esta es la fusión más distante jamás realizada”, dice el Dr. Boyett.

Esta y otras observaciones realizadas con el JWST están provocando que los astrofísicos cambien sus modelos del Universo temprano.

«Con James Webb, estamos viendo más objetos en el cosmos temprano de los que esperábamos ver, y estos objetos también son más masivos de lo que pensábamos», dice el Dr. Boyett. «Nuestra cosmología no es necesariamente errónea, pero nuestra comprensión de la rapidez con la que se formaron las galaxias probablemente sí lo sea, porque son más masivas de lo que jamás creímos posible».

Otras galaxias antiguas. Crédito: ASTRO 3D

Los hallazgos del equipo del Dr. Boyett muestran que estas galaxias pudieron acumular masa muy rápidamente al fusionarse.

Pero no es sólo el tamaño de las galaxias y la velocidad a la que han crecido lo que sorprende al Dr. Boyett. Su artículo describe por primera vez la población de estrellas que forman las galaxias en fusión, otro detalle posible gracias al JWST.

“Cuando comparamos nuestro análisis de espectro con nuestras imágenes, encontramos dos cosas diferentes. La imagen nos decía que la población estelar era joven, pero la espectroscopia hablaba de estrellas bastante viejas. Pero resulta que ambas cosas son correctas porque no tenemos una población de estrellas sino dos”, dice Boyett.

«La antigua población ha estado allí durante mucho tiempo y lo que creemos que sucede es que la fusión de galaxias produce nuevas estrellas y eso es lo que vemos en las imágenes: nuevas estrellas encima de la antigua población».

La mayoría de los estudios de estos objetos muy distantes muestran estrellas muy jóvenes, pero esto se debe a que las estrellas más jóvenes son más brillantes y, por lo tanto, su luz domina los datos de las imágenes. El JWST, sin embargo, permite observaciones tan detalladas que se pueden distinguir las dos poblaciones.

«El hecho de que la espectroscopia sea tan detallada que podamos ver características sutiles de estrellas viejas nos dice que en realidad hay más allí de lo que pensamos», dice el Dr. Boyett.

“Esto no es tan sorprendente, sabemos que a lo largo de la historia de un universo hay picos de formación de nuevas estrellas por diversas razones, y esto da como resultado múltiples poblaciones.

«Pero es la primera vez que los vemos a esta distancia».

El artículo tiene implicaciones importantes para los modelos actuales.

“Nuestras simulaciones pueden producir un objeto similar al que observamos, aproximadamente de la misma edad que el universo y aproximadamente de la misma masa, sin embargo, es increíblemente raro. Tan raro que sólo hay uno en todo el modelo. La posibilidad de que lo veamos con nuestras observaciones sugiere que somos increíblemente afortunados o que nuestras simulaciones están equivocadas, y este tipo de objeto es más común de lo que pensamos”, dice el Dr. Boyett.

«Lo que creemos que nos falta es que las estrellas se estaban formando de manera mucho más eficiente y eso puede ser lo que necesitamos cambiar en nuestros modelos».

Referencia: “Una galaxia masiva en interacción 510 millones de años después del Big Bang” por Kristan Boyett, Michele Trenti, Nicha Leethochawalit, Antonello Calabró, Benjamin Metha, Guido Roberts-Borsani, Nicoló Dalmasso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Treu, Tucker Jones , Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Namrata Roy, Xin Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Maruša Bradač, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glazebrook, Laura Pentericci , Eros Vanzella y Benedetta Vulcani, 7 de marzo de 2024, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7