Webb revela el gigante del universo primitivo

Imágenes detalladas de una de las primeras galaxias muestran que el crecimiento en el universo primitivo fue mucho más rápido de lo que se pensaba inicialmente.

Actualmente, los astrónomos disfrutan de un fructífero período de descubrimientos, investigando muchos de los misterios del universo primitivo.

El exitoso lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb (JWST), sucesor del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, ha superado los límites de lo que podemos ver.

Las observaciones entran ahora en los primeros 500 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía menos del cinco por ciento de su edad actual. Para los humanos, este tiempo pondrá firmemente al universo en la etapa de niño pequeño.

Sin embargo, las galaxias que observamos ciertamente no son infantiles, ya que nuevas observaciones revelan galaxias que son más masivas y maduras de lo que se esperaba anteriormente en momentos tan tempranos, lo que ayuda a reescribir nuestra comprensión de la formación y evolución de las galaxias.

Nuestro equipo de investigación internacional realizó recientemente observaciones detalladas sin precedentes de una de las galaxias más antiguas conocidas, denominada Gz9p3, ahora publicada en astronomía de la naturaleza.

Su nombre proviene de Colaboración en vidrio (nombre de nuestro equipo de investigación internacional) y el hecho de que la galaxia tiene un desplazamiento al rojo de z=9,3, donde el desplazamiento al rojo es una forma de describir la distancia a un objeto, de ahí G y z9p3.

Gz9p3, la galaxia fusionada más brillante conocida en los primeros 500 millones de años del universo (observada por el Telescopio Espacial James Webb). Izquierda: las imágenes en vivo muestran un núcleo doble dentro de la región central. Derecha: Las características de la sección transversal clara revelan una estructura alargada y grumosa resultante de la fusión de galaxias. Crédito: NASA

Hace apenas dos años, el Gz9p3 surgió como un único punto de luz a través de telescopio espacial Hubble. Pero usando Telescopio espacial James Webb Podemos observar este objeto tal como era 510 millones de años después la gran explosiónhace unos 13 mil millones de años.

Descubrimos que Gz9p3 era más masivo y maduro de lo esperado para un universo tan joven y, de hecho, contenía varios miles de millones de estrellas.

Con diferencia, fue el objeto más masivo confirmado desde entonces, y se calculó que era diez veces más grande que cualquier otra galaxia descubierta en el universo primitivo.

En conjunto, estos resultados sugieren que para que la galaxia alcance este tamaño, las estrellas deben haber evolucionado más rápido y más eficientemente de lo que pensábamos inicialmente.

Fusión de las galaxias más distantes del universo temprano

Gz9p3 no sólo es masivo, sino que su forma compleja lo identifica inmediatamente como una de las fusiones de galaxias más antiguas jamás vistas.

Las imágenes JWST de la galaxia muestran una morfología típicamente asociada con dos galaxias que interactúan. La fusión no ha terminado porque todavía vemos dos componentes.

Cuando dos objetos masivos se juntan de esta manera, se deshacen de algo de materia en el proceso. Entonces, este material descartado sugiere que lo que hemos observado es una de las fusiones más distantes jamás vistas.

El telescopio James Webb, el instrumento más grande y potente de su tipo jamás lanzado al espacio, utiliza un espejo primario de 6,5 metros, formado por 18 espejos hexagonales, cubiertos por una capa de oro para producir algunas de las imágenes más antiguas del universo. Crédito de la imagen: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutiérrez

A continuación, nuestro estudio profundizó más para caracterizar los cúmulos de estrellas que forman las galaxias en fusión. Usando JWST, pudimos examinar Espectro de galaxiasdivide la luz de la misma manera que un prisma divide la luz blanca en un arco iris.

Cuando se utilizan únicamente imágenes, la mayoría de los estudios de estos objetos muy distantes muestran sólo estrellas muy jóvenes porque las estrellas más jóvenes son más brillantes y, por lo tanto, su luz domina los datos de las imágenes.

Por ejemplo, una población joven y brillante creada por la fusión galáctica, de menos de unos pocos millones de años, está superando a una población más vieja que ya tiene más de 100 millones de años.

usando Técnica de análisis espectral Podemos producir observaciones tan detalladas que se pueden distinguir los dos grupos.

Nuevos modelos del universo temprano.

No se habría esperado una población tan grande de personas mayores, dado lo temprano que se formaron las estrellas para tener la edad suficiente en esta época cósmica. La espectroscopia es tan detallada que podemos ver las características sutiles de estrellas antiguas que nos dicen que hay más allá afuera de lo que piensas.

Los elementos específicos detectados en el espectro (incluidos el silicio, el carbono y el hierro) revelan que esta población más antigua debe estar presente para enriquecer la galaxia con una gran cantidad de sustancias químicas.

Lo sorprendente no es sólo el tamaño de las galaxias, sino también la velocidad con la que han crecido hasta este estado químicamente maduro.

Estas observaciones proporcionan evidencia de una rápida y eficiente acumulación de estrellas y metales inmediatamente después del Big Bang, asociada con fusiones de galaxias en curso, lo que demuestra que galaxias masivas que contienen muchos miles de millones de estrellas existieron antes de lo esperado.

Las observaciones proporcionan evidencia de una rápida y eficiente acreción de estrellas y metales inmediatamente después del Big Bang. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), Equipo HFF (STScI)

Las galaxias aisladas construyen sus poblaciones de estrellas En el sitio Sin embargo, con su suministro limitado de gas, esta puede ser una forma lenta de crecimiento de las galaxias.

Las interacciones entre galaxias pueden atraer nuevas corrientes de gas puro, proporcionando el combustible necesario para una rápida formación estelar, y las fusiones proporcionan un canal más rápido para la acumulación y el crecimiento de masa.

Las galaxias más grandes de nuestro universo moderno tienen una historia de fusiones, incluida la nuestra vía Láctea Ha crecido hasta su tamaño actual gracias a sucesivas fusiones con galaxias más pequeñas.

Estas observaciones de Gz9p3 muestran que las galaxias pudieron acumular masa rápidamente en el Universo temprano mediante fusiones, con una eficiencia de formación de estrellas mayor de lo que esperábamos.

Estas y otras observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb están impulsando a los astrofísicos a revisar sus modelos de los primeros años del universo.

Nuestra cosmología no es necesariamente errónea, pero nuestra comprensión de la rapidez con la que se forman las galaxias puede ser errónea, porque son mucho más grandes de lo que creíamos posible.

Estos nuevos hallazgos llegan en un buen momento a medida que nos acercamos a la marca de dos años para las observaciones científicas realizadas con el Telescopio Espacial James Webb.

A medida que aumenta el número total de galaxias observadas, los astrónomos que estudian el universo temprano están pasando de la fase de descubrimiento a un período en el que tenemos muestras lo suficientemente grandes como para comenzar a construir y refinar nuevos modelos.

Nunca ha habido un momento más emocionante para comprender los secretos del universo primitivo.

Referencia: “Una galaxia masiva en interacción 510 millones de años después del Big Bang” por Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella y Benedetta Vulcani, 7 de marzo de 2024, astronomía de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

El estudio fue dirigido por la Dra. Kate Boyett con un equipo que incluía a los profesores Michael Trinity y Benjamin Mitha. Niccolò Dalmaso También de la Universidad de Melbourne y Centro de excelencia ARC para astrofísica de todo el cielo en 3 dimensiones (ASTRO 3D). Se forma un equipo de investigación internacional 27 autores de 19 instituciones en Australia, Tailandia, Italia, Estados Unidos, Japón, Dinamarca y China.