Apenas 700 millones de años después del Big Bang, los astrónomos utilizaron el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA/ESA para observar el crecimiento “de adentro hacia afuera” de una galaxia en el universo primitivo.
Esta galaxia es cien veces más pequeña que la Vía Láctea, pero sorprendentemente maduró tan temprano en el universo. Como una gran ciudad, esta galaxia tiene una densa colección de estrellas en su centro, pero es menos densa en los ‘suburbios’ galácticos. Y como una ciudad gigante, esta galaxia comenzó a extenderse, acelerando la formación de estrellas.
Esta es la primera detección de crecimiento galáctico de adentro hacia afuera. Hasta la web, no era posible estudiar el crecimiento de las galaxias en una etapa tan temprana de la historia del universo. Aunque las imágenes obtenidas con la web representan una instantánea en el tiempo, investigadores dirigidos por la Universidad de Cambridge dicen que estudiar galaxias similares puede ayudarnos a comprender cómo evolucionaron desde nubes de gas hasta las estructuras complejas que observamos hoy. Los resultados se publican en revistas. Naturaleza Astronomía.
“La cuestión de cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico es un tema importante en astrofísica”, dijo el coautor principal, el Dr. Sandro Tacchella, del Laboratorio Cavendish de Cambridge. “Tenemos una gran cantidad de datos excelentes sobre los últimos diez millones de años y galaxias en nuestro rincón del universo, pero ahora, con la Web, podemos obtener datos de observación de hace miles de millones de años, buscando los primeros mil millones de años de la historia del universo. lo que abre todo tipo de nuevas preguntas”.
Las galaxias que observamos hoy crecen mediante dos procesos principales: o atraen gas para formar nuevas estrellas, o acumulan gas, o crecen fusionándose con galaxias más pequeñas. Si hubo diferentes procesos en funcionamiento en el universo primitivo es una cuestión abierta que los astrónomos esperan abordar con la red.
“Se esperaría que las galaxias comenzaran siendo pequeñas a medida que las nubes de gas colapsan bajo su propia gravedad, creando núcleos de estrellas muy densos y posiblemente agujeros negros”, dijo Tachella. “A medida que las galaxias crecen, la formación de estrellas aumenta, de forma muy parecida a lo que hace un patinador artístico que gira: a medida que los patinadores estiran los brazos, cobran impulso y giran cada vez más rápido. Las galaxias son algo similares, con gas que se acumula desde galaxias más grandes y distantes. Por eso a menudo adoptan formas de espiral o de disco”.
Observada como parte de la colaboración JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), esta galaxia es la primera estrella en formación activa del Universo. Tiene un núcleo extremadamente denso que, a pesar de su edad relativamente joven, tiene la misma densidad que las galaxias elípticas gigantes actuales, que contienen 1.000 veces más estrellas. La mayor parte de la formación estelar se produce más lejos del núcleo, con un “grupo” de formación estelar aún más lejos.
La actividad de formación estelar aumenta fuertemente hacia afuera, a medida que la formación estelar se extiende y la galaxia crece en tamaño. Este crecimiento fue predicho por modelos teóricos, pero ahora es posible observarlo con la ayuda de la web.
“Una de las muchas razones por las que la Web ha sido tan transformadora para nosotros como astrónomos es que ahora podemos observar lo que se predijo anteriormente mediante modelos”, dijo el coautor William Baker, estudiante de doctorado en Cavendish. “Es como poder revisar tu tarea”.
Utilizando la web, los investigadores extrajeron información de la luz emitida por las galaxias en diferentes longitudes de onda, que luego utilizaron para estimar el número de estrellas más viejas frente a estrellas más jóvenes, lo que se traduce en estimaciones de masa estelar y tasas de formación estelar.
Debido a que la galaxia es tan compacta, se han “modelado hacia adelante” imágenes individuales de la galaxia para tener en cuenta los efectos instrumentales. Utilizando modelos de población estelar que incluyen prescripciones para la emisión de gases y la absorción de polvo, los investigadores encontraron estrellas viejas en el núcleo, mientras que el material del disco circundante está experimentando una formación estelar muy activa. Esta galaxia duplica su masa estelar en la periferia aproximadamente cada 10 millones de años, lo cual es muy rápido: la Vía Láctea duplica su masa cada 10 mil millones de años.
La densidad del núcleo galáctico, así como la alta tasa de formación de estrellas, sugiere que esta joven galaxia es rica en el gas necesario para formar nuevas estrellas, lo que puede reflejar las condiciones del universo primitivo.
“Por supuesto, esta es sólo una galaxia, por lo que necesitamos saber qué estaban haciendo otras galaxias en ese momento”, dijo Tacchella. “¿Eran todas las galaxias así? Ahora estamos analizando datos similares de otras galaxias. Al observar diferentes galaxias a lo largo del tiempo cósmico, podremos reconstruir los ciclos de crecimiento y mostrar cómo las galaxias crecen hasta su tamaño final en la actualidad”.