Una imagen en falso color del grupo Abell 2744 de la cámara NIRCam. Préstamo: Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05994-w
Un equipo de investigación internacional dirigido por astrofísicos de la UCLA ha confirmado la existencia de la galaxia más tenue jamás vista en el universo primitivo. La galaxia, denominada JD1, es una de las galaxias más distantes identificadas hasta el momento y es típica del tipo de galaxias que se han quemado a través de la niebla de átomos de hidrógeno que quedaron del Big Bang, canalizando la luz a través del universo y dándole forma en lo que es hoy.
El descubrimiento se realizó con el telescopio espacial James Webb y los hallazgos se publicaron en una revista. Naturaleza.
Los primeros mil millones de años de vida del universo fueron un período clave en su evolución. Después del Big Bang, hace unos 13.800 millones de años, el universo se expandió y se enfrió lo suficiente como para que se formaran átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno absorben los fotones ultravioleta de las estrellas jóvenes; sin embargo, cuando nacieron las primeras estrellas y galaxias, el universo se había oscurecido y entró en un período conocido como la Edad Oscura Cósmica.
La aparición de las primeras estrellas y galaxias, varios cientos de millones de años después, bañó el universo con una enérgica luz ultravioleta que comenzó a quemar o ionizar la niebla de hidrógeno. Esto, a su vez, permitió que los fotones viajaran por el espacio, haciendo que el universo fuera transparente.
Determinar los tipos de galaxias que dominaron esa época, llamada época de reionización, es ahora un objetivo importante de la astronomía, pero hasta el desarrollo del telescopio Webb, los científicos carecían de los instrumentos infrarrojos sensibles necesarios para estudiar la primera generación de galaxias.
“La mayoría de las galaxias que JWST ha encontrado hasta ahora son galaxias brillantes que son raras y no se cree que sean particularmente representativas de las galaxias jóvenes que poblaron el universo primitivo”, dijo Guido Roberts-Borsani, investigador postdoctoral de UCLA y primer autor de las pruebas. “Como tales, aunque importantes, no se les considera los principales agentes que quemaron toda esta niebla de hidrógeno.
“Las galaxias ultradébiles como JD1, por otro lado, son mucho más numerosas, por lo que creemos que son más representativas de las galaxias que se han reionizado, lo que permite que la luz ultravioleta viaje sin obstáculos a través del espacio y el tiempo”.
Una imagen proyectada de la galaxia JD1 (recuadro), que se encuentra detrás del brillante cúmulo de galaxias Abell2744. Fuente: Guido Roberts-Borsani/UCLA); imágenes originales: NASA, ESA, CSA, Universidad Tecnológica de Swinburne, Universidad de Pittsburgh, STScI
JD1 es tan débil y distante que es difícil de estudiar sin un telescopio poderoso y la mano amiga de la naturaleza. JD1 está detrás de un gran cúmulo de galaxias cercanas llamado Abell 2744 cuya fuerza gravitacional combinada dobla y amplifica la luz de JD1, haciéndola parecer más grande y 13 veces más brillante de lo que sería de otra manera. El efecto, conocido como lente gravitacional, es similar a cómo una lupa distorsiona y amplifica la luz en su campo de visión; sin lentes gravitacionales, JD1 probablemente se habría perdido.
Los investigadores utilizaron el instrumento espectrógrafo de infrarrojo cercano del Telescopio Webb, NIRSpec, para obtener el espectro de luz infrarroja de la galaxia, lo que les permitió determinar su edad y distancia exactas de la Tierra, así como la cantidad de estrellas y la cantidad de polvo y elementos pesados. que se había formado durante su vida relativamente corta.
La combinación de la ampliación gravitacional de la galaxia y las nuevas imágenes del otro instrumento de infrarrojo cercano de Webb, NIRCam, también permitió al equipo estudiar la estructura de la galaxia con un detalle y una resolución sin precedentes, revelando tres grandes acumulaciones de polvo alargadas y gas formador de estrellas. El equipo usó los nuevos datos para rastrear la luz de JD1 hasta su fuente y forma originales, revelando una galaxia compacta de solo una fracción del tamaño de galaxias más antiguas como la Vía Láctea, que tiene 13.600 millones de años.
Debido a que la luz tarda en llegar a la Tierra, JD1 se ve como era hace unos 13.300 millones de años, cuando el universo tenía solo alrededor del 4% de su edad actual.
“Hace apenas un año, antes de que se encendiera el telescopio Webb, ni siquiera podíamos soñar con confirmar una galaxia tan débil”, dijo Tommaso Treu, profesor de física y astronomía de la UCLA y segundo autor del estudio. “La combinación de JWST y el poder de aumento de las lentes gravitacionales es revolucionaria. Estamos reescribiendo un libro sobre cómo se formaron y evolucionaron las galaxias inmediatamente después del Big Bang”.
El estudio fue publicado en la revista Naturaleza.
Proporcionado por la Universidad de California, Los Ángeles