El universo primitivo crujió con ráfagas de formación de estrellas

Observaciones con el telescopio espacial Webb han identificado galaxias en el universo más distante y primitivo que brillan con una multitud de estrellas jóvenes y calientes.

Estos resultados se informan en la reunión 242 de la American Astronomical Society, en Albuquerque, Nuevo México.

Ryan Endsley, de la Universidad de Texas en Austin, dirigió una investigación sobre las 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 han debatido si los agujeros negros supermasivos activos o las galaxias llenas de estrellas jóvenes y calientes fueron la causa principal de la reionización.

Como parte del programa JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey) --uno de los principales en el primer año de ciencia de Webb-- Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias con el instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para buscar señales de formación de estrellas, y las encontraron en abundancia.

"Casi todas las galaxias que estamos encontrando muestran estas firmas de líneas de emisión inusualmente fuertes que indican una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para crear estrellas calientes y masivas", dijo Endsley en un comunicado de la NASA.

Estas estrellas masivas y brillantes emitieron torrentes de luz ultravioleta, que transformó el gas circundante de opaco a transparente al ionizar los átomos, eliminando electrones de sus núcleos. Dado que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido el principal impulsor del proceso de reionización. La reunión posterior de los electrones y los núcleos produce las líneas de emisión distintivamente fuertes.

Endsley y sus colegas también encontraron evidencia de que estas galaxias jóvenes experimentaron períodos de rápida formación estelar intercalados con períodos tranquilos en los que se formaron menos estrellas. Estos ajustes y arranques pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de las materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. Alternativamente, dado que las estrellas masivas explotan rápidamente, es posible que hayan inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas.

Otro elemento del programa JADES implica 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 explorar cómo la formación de estrellas en los primeros años posteriores al Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad. La luz de las galaxias lejanas 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 saber qué tan lejos está y, por lo tanto, cuándo existió en el universo primitivo. Antes de Webb, solo se observaron unas pocas docenas de galaxias por encima de un corrimiento al rojo de 8, cuando el universo tenía menos de 650 millones de años, pero JADES ahora ha descubierto casi mil de estas galaxias extremadamente distantes.

El estándar de oro para determinar el corrimiento al rojo consiste en observar el espectro de una galaxia, que mide su brillo en una miríada de longitudes de onda estrechamente espaciadas. Pero se puede determinar una buena aproximación tomando fotos de una galaxia usando filtros que cubran una banda estrecha de colores para obtener un puñado de medidas de brillo. De esta forma, los investigadores pueden determinar estimaciones de las distancias de muchos miles de galaxias a la vez.

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 millones y 650 millones. años. La gran cantidad de estas galaxias estaba mucho más allá de las predicciones de las observaciones realizadas antes del lanzamiento de Webb. La resolución y sensibilidad del observatorio están permitiendo a los astrónomos obtener una mejor vista de estas galaxias distantes que nunca antes.

"Anteriormente, las primeras galaxias que podíamos ver parecían pequeñas manchas. Y, sin embargo, esas manchas 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. Podemos ver agrupaciones de estrellas naciendo solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos".