Esta imagen infrarroja del Telescopio Espacial James Webb de la NASA (JWST) se tomó como parte del programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Muestra parte de un área del cielo conocida como GOODS-South que ha sido bien estudiada por el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios. Aquí se ven más de 45.000 galaxias. Crédito: Crédito: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA). Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI)
Una de las preguntas más fundamentales en astronomía es: ¿Cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias? El telescopio espacial James Webb de la NASA ya está proporcionando nueva información sobre este tema. Uno de los programas más grandes en el primer año de estudio de Webb es el Sondeo Extragaláctico Profundo Avanzado (JADES) de JWST, que asignará alrededor de 32 días de telescopio para descubrir y caracterizar galaxias distantes débiles. Mientras continúan llegando datos, JADES ya ha descubierto cientos de galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. El equipo también identificó galaxias brillantes con muchas estrellas jóvenes y calientes.
Estos resultados se informan sobre 242a reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Albuquerque, Nuevo México.
“Con JADES, queremos responder muchas preguntas, como: ¿Cómo se formaron las primeras galaxias? ¿Qué tan rápido formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas? dijo Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, coanfitriona del programa JADES.
fábricas de estrellas
Ryan Endsley de la Universidad de Texas en Austin estudió galaxias que existieron entre 500 y 850 millones de años después del Big Bang. Este fue un momento crucial conocido como la época de la reionización. Durante cientos de millones de años después del Big Bang, el universo estuvo lleno de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después del Big Bang, la niebla se disipó y el universo se volvió transparente, un proceso conocido como reionización. Los científicos debatieron si los agujeros negros supermasivos activos o las galaxias llenas de estrellas jóvenes y calientes eran la causa principal de la reionización.
Como parte del programa JADES, Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias con el instrumento NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) de Webb en busca de firmas de formación de estrellas, y las encontraron en abundancia. “Casi todas las galaxias que encontramos muestran estas firmas de líneas de emisión extremadamente fuertes que indican una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para formar estrellas calientes y masivas”, dijo Endsley.
Estas estrellas masivas y brillantes emitieron corrientes de luz ultravioleta que convirtieron el gas circundante de opaco a transparente al ionizar átomos, eliminando electrones de sus núcleos. Debido a que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido un factor importante en el proceso de reionización. La posterior reconexión de electrones y núcleos crea líneas de emisión claramente fuertes.
Endsley y sus colegas también encontraron evidencia de que estas galaxias jóvenes pasaron por períodos de rápida formación de estrellas intercalados con períodos de inactividad en los que se formaban menos estrellas. Estas incautaciones y despegues pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron cúmulos de materias primas gaseosas necesarias para la formación de estrellas. Alternativamente, debido a que las estrellas masivas explotan rápidamente, es posible que hayan inyectado energía periódicamente en el entorno circundante, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas.
Universo primitivo revelado
Otro elemento del programa JADES es la búsqueda de las primeras galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 400 millones de años. Al estudiar estas galaxias, los astrónomos pueden estudiar cómo la formación de estrellas en los primeros años posteriores al Big Bang fue diferente de lo que vemos hoy. La luz de galaxias distantes se estira a longitudes de onda más largas y colores más rojos por la expansión del universo, un fenómeno llamado corrimiento al rojo. Al medir el corrimiento al rojo de una galaxia, los astrónomos pueden averiguar qué tan lejos está y, por lo tanto, cuándo existió en el universo primitivo. Antes de Webb, solo se habían observado unas pocas docenas de galaxias por encima del corrimiento al rojo 8 cuando el universo tenía menos de 650 millones de años, pero JADES ahora ha descubierto casi mil galaxias extremadamente distantes.
El estándar de oro para determinar el corrimiento al rojo es observar el espectro de una galaxia, que mide su brillo en innumerables longitudes de onda estrechamente espaciadas. Pero se puede determinar una buena aproximación tomando fotografías de la galaxia con filtros, cada uno de los cuales cubre una estrecha gama de colores para obtener un puñado de medidas de brillo. De esta forma, los investigadores pueden estimar simultáneamente las distancias de muchos miles de galaxias.
Kevin Hainline de la Universidad de Arizona en Tucson y sus colegas utilizaron el instrumento NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb para obtener estas medidas, llamadas desplazamientos al rojo fotométricos, e identificaron más de 700 galaxias candidatas que existían cuando el universo tenía entre 370 y 650 millones de años. . La gran cantidad de estas galaxias superó con creces las predicciones de las observaciones realizadas antes del lanzamiento de Webb. La excelente resolución y sensibilidad del observatorio permiten a los astrónomos obtener una mejor vista de estas galaxias distantes que nunca antes.
“Anteriormente, las primeras galaxias que podíamos ver parecían pequeñas rayas. Y, sin embargo, estas rayas representan millones o incluso miles de millones de estrellas al comienzo del universo”, dijo Hainline. “Ahora podemos ver que algunos de ellos son en realidad objetos extendidos con una estructura visible. Vemos grupos de estrellas que nacen solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos”.
“Descubrimos que la formación de estrellas en el universo primitivo es mucho más complicada de lo que pensábamos”, agregó Rieke.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA