Una nueva investigación ha descubierto características sorprendentes de las galaxias que se formaron entre 2 y 3 mil millones de años después del Big Bang. Utilizaron el telescopio Webb para estudiar 33 galaxias antiguas y descubrieron temperaturas inusualmente altas y la presencia de elementos como el níquel. Sus resultados, que forman parte del estudio CECILIA, proporcionan nuevos conocimientos sobre la evolución y la composición química de las galaxias tempranas, ayudándonos a comprender el desarrollo de las galaxias a lo largo de la historia del universo.
El estudio de las "galaxias jóvenes" del universo antiguo permite a los científicos comprender cómo maduraron y evolucionaron estos sistemas estelares masivos. Según un nuevo trabajo dirigido por Gwen Rudie de la Universidad Carnegie y Allison Strom de la Universidad Northwestern, las galaxias que se formaron apenas entre 2.000 y 3.000 millones de años después del Big Bang eran inusualmente calientes y emitían luz de elementos sorprendentes como el níquel. El estudio de las "galaxias jóvenes" del universo antiguo permite a los científicos comprender cómo maduraron y evolucionaron estos sistemas estelares masivos.
Sus hallazgos, publicados en The Astrophysical Journal Letters, son parte del estudio CECILIA (Constraining Chemical Evolution usando líneas de ionización en auroras interestelares). En julio pasado, apuntaron con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA hacia 33 galaxias antiguas especialmente seleccionadas cuya luz viajó más de 10 mil millones de años para llegar hasta nosotros. Observaron estas galaxias durante más de un día con el nuevo telescopio, proporcionando la vista más detallada jamás capturada de estas primeras galaxias.
Formación estelar y evolución galáctica.
Cuando el universo era joven, muchas galaxias, incluidas las 33 galaxias seleccionadas para este estudio, experimentaron un período de intensa formación estelar. Hoy en día, algunas galaxias, como nuestra Vía Láctea, todavía están formando nuevas estrellas, aunque no tan rápidamente. Otras galaxias dejaron de formar estrellas por completo. El nuevo trabajo podría ayudar a los astrónomos a comprender qué hay detrás de estas diferentes trayectorias.
"Estamos tratando de comprender cómo las galaxias han crecido y cambiado durante los 14 mil millones de años de historia cósmica", dijo la autora principal Allison Strom. "Utilizando JWST, nuestro programa se centra en galaxias adolescentes, cuando se encuentran en un período tumultuoso de crecimiento y cambio. Las experiencias de los adolescentes a menudo determinan la trayectoria de sus vidas adultas. Lo mismo ocurre con las galaxias".
Análisis espectral y descubrimiento elemental
El equipo de CECILIA estudió los espectros de estas galaxias distantes, dividiendo su luz en diferentes longitudes de onda, como un prisma que dispersa la luz solar en los colores del arco iris. Observar la luz de esta manera ayuda a los astrónomos a medir la temperatura y la composición química de las fuentes cósmicas.
Rudy explicó: "Promediamos los espectros de las 33 galaxias para crear el espectro más profundo de galaxias distantes jamás visto, algo que habría requerido 600 horas de telescopio para replicarse. Esto nos permitió crear algo así como un atlas para proporcionar una referencia para futuras observaciones JWST de objetos muy distantes".
Mediante espectroscopia, los investigadores pudieron identificar ocho elementos diferentes: hidrógeno, helio, nitrógeno, oxígeno, silicio, azufre, argón y níquel. La presencia de estos elementos en estas galaxias no es sorprendente, pero nuestra capacidad para medir su luz no tiene precedentes y muestra el poder de JWST.
Todos los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio se forman en el interior de las estrellas. Cuando las estrellas explotan en eventos violentos como las supernovas, expulsan estos elementos al entorno cósmico y los incorporan a la próxima generación de estrellas. Por lo tanto, al revelar la presencia de ciertos elementos en estas galaxias primitivas, los astrónomos pueden comprender cómo cambió la formación de estrellas durante la evolución.
El equipo de CECILIA quedó sorprendido por la presencia de níquel, que es particularmente difícil de observar.
"Nunca soñé que veríamos cinco centavos", dijo Strome. "Esto no se ha observado ni siquiera en galaxias cercanas. Tiene que haber suficiente elemento en la galaxia y las condiciones adecuadas para verlo. Nadie ha dicho nunca que se observe níquel. Los elementos tienen que brillar en el gas para que podamos verlos. Por lo tanto, podría haber algo único en las estrellas de la galaxia para que podamos ver el níquel".
"El JWST es todavía un observatorio muy nuevo. Los astrónomos de todo el mundo todavía están tratando de descubrir la mejor manera de analizar los datos que obtenemos del telescopio", añadió el coautor Ryan Trainor del Franklin & Marshall College.
Descubrimiento y legado de temperatura
Otra sorpresa: las galaxias jóvenes son extremadamente calientes. Al estudiar los espectros, los físicos pueden calcular la temperatura de la galaxia. Las partes más calientes de una galaxia pueden alcanzar más de 9.700 grados Celsius o 17.492 grados Fahrenheit, mientras que las galaxias jóvenes pueden alcanzar temperaturas de hasta más de 13.350 grados Celsius o 24.062 grados Fahrenheit.
"Esperábamos que la química de estas galaxias primitivas fuera muy, muy diferente de nuestra propia Vía Láctea y de las galaxias que nos orbitan hoy", dijo Rudy. "Pero lo que JWST reveló todavía nos sorprendió".
El proyecto lleva el nombre de Cecilia Payne-Gaposchkin. Sus descubrimientos cambiaron la comprensión de la comunidad científica sobre la composición del sol y enfrentó años de críticas injustas antes de que finalmente se reconociera su trabajo innovador.
"Nombrar nuestro estudio JWST en honor a Cecilia Payne honra su investigación pionera sobre la composición química de las estrellas. Alison y yo reconocemos que nuestro propio trabajo que revela la composición química de estas primeras galaxias se basa en su legado", dijo Rudy.
CECILIA es el primero de seis proyectos iniciales JWST dirigidos por Carnegie y astrónomos afiliados a Carnegie seleccionados para realizar observaciones con este increíble telescopio espacial. A principios de este año, se seleccionaron cuatro proyectos más liderados por Carnegie para la segunda ronda de asignaciones de tiempo del JWST.