El Telescopio Espacial James Webb de la NASA encuentra la galaxia más distante conocida hasta ahora

Durante los últimos dos años, los científicos han utilizado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA (también llamado Webb o JWST) para explorar lo que los astrónomos llaman el Amanecer Cósmico: el período de los primeros cientos de millones de años después del Big Bang donde nacieron las primeras galaxias.

Estas galaxias proporcionan información vital sobre las formas en que cambiaban el gas, las estrellas y los agujeros negros cuando el universo era muy joven.

En octubre de 2023 y enero de 2024, un equipo internacional de astrónomos utilizó Webb para observar galaxias como parte del programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Utilizando el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb, obtuvieron un espectro de una galaxia sin precedentes observada sólo doscientos noventa millones de años después del Big Bang. Esto corresponde a un desplazamiento al rojo de aproximadamente 14, que es una medida de cuánto se estira la luz de una galaxia debido a la expansión del universo.

Stefano Carniani de la Scuola Normale Superiore de Pisa, Italia, y a Kevin Hainline de la Universidad de Arizona en Tucson, Arizona, contaron para la NASA más sobre cómo se encontró esta fuente y qué nos dicen sus propiedades únicas sobre la formación de galaxias.

“Los instrumentos de Webb fueron diseñados para encontrar y comprender las galaxias más tempranas, y en el primer año de observaciones como parte del Estudio Extragaláctico Profundo Avanzado (JADES) del JWST, encontramos muchos cientos de galaxias candidatas de los primeros 650 millones de años después de la Big Bang. A principios de 2023, descubrimos una galaxia en nuestros datos que tenía fuertes evidencias de estar por encima de un corrimiento al rojo de 14, lo cual fue muy emocionante, pero había algunas propiedades de la fuente que nos hicieron desconfiar. La fuente era sorprendentemente brillante, lo que no esperaríamos de una galaxia tan distante, y estaba muy cerca de otra galaxia, de modo que las dos parecían ser parte de un objeto más grande. Cuando observamos la fuente nuevamente en octubre de 2023 como parte del JADES Origins Field , los nuevos datos de imágenes obtenidos con los filtros NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) más estrechos de Webb apuntaron aún más hacia la hipótesis del alto corrimiento al rojo. Sabíamos que necesitábamos un espectro, ya que cualquier cosa que aprendiéramos sería de inmensa importancia científica, ya sea como un nuevo hito en la investigación de Webb del universo primitivo o como un bicho raro y confuso de una galaxia de mediana edad.

“En enero de 2024, NIRSpec observó esta galaxia, JADES-GS-z14-0, durante casi diez horas, y cuando se procesó el espectro por primera vez, hubo evidencia inequívoca de que la galaxia tenía efectivamente un corrimiento al rojo de 14,32, rompiendo el anterior más -registro de galaxia distante ( z = 13,2 de JADES-GS-z13-0 ). Ver este espectro fue increíblemente emocionante para todo el equipo, dado el misterio que rodea a la fuente. Este descubrimiento no fue sólo un nuevo récord de distancia para nuestro equipo; El aspecto más importante de JADES-GS-z14-0 fue que a esta distancia sabemos que esta galaxia debe ser intrínsecamente muy luminosa. A partir de las imágenes, se descubre que la fuente tiene más de 1.600 años luz de diámetro, lo que demuestra que la luz que vemos proviene principalmente de estrellas jóvenes y no de emisiones cercanas a un agujero negro supermasivo en crecimiento. ¡Tanta luz estelar implica que la galaxia tiene varios cientos de millones de veces la masa del Sol! Esto plantea la pregunta: ¿Cómo puede la naturaleza crear una galaxia tan grande, masiva y brillante en menos de 300 millones de años?

“Los datos revelan otros aspectos importantes de esta asombrosa galaxia. Vemos que el color de la galaxia no es tan azul como podría ser, lo que indica que parte de la luz está enrojecida por el polvo, incluso en estos tiempos tan tempranos. El investigador de JADES, Jake Helton, del Observatorio Steward y la Universidad de Arizona, también identificó que JADES-GS-z14-0 se detectó en longitudes de onda más largas con el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de Webb, un logro notable considerando su distancia. La observación MIRI cubre longitudes de onda de luz que fueron emitidas en el rango de luz visible, que están desplazadas al rojo fuera del alcance de los instrumentos del infrarrojo cercano de Webb. El análisis de Jake indica que el brillo de la fuente implícito en la observación MIRI está por encima de lo que se extrapolaría de las mediciones de los otros instrumentos Webb, lo que indica la presencia de fuertes emisiones de gas ionizado en la galaxia en forma de líneas de emisión brillantes de hidrógeno y oxígeno. La presencia de oxígeno en una etapa tan temprana de la vida de esta galaxia es una sorpresa y sugiere que múltiples generaciones de estrellas muy masivas ya habían vivido sus vidas antes de que observáramos la galaxia".

“Todas estas observaciones, en conjunto, nos dicen que JADES-GS-z14-0 no es como los tipos de galaxias que los modelos teóricos y simulaciones por computadora han predicho que existirían en el universo primitivo. Dado el brillo observado de la fuente, podemos pronosticar cómo podría crecer a lo largo del tiempo cósmico, y hasta ahora no hemos encontrado ningún análogo adecuado de los cientos de otras galaxias que hemos observado con alto corrimiento al rojo en nuestro estudio. Dada la región relativamente pequeña del cielo que buscamos para encontrar JADES-GS-z14-0, su descubrimiento tiene profundas implicaciones para el número previsto de galaxias brillantes que vemos en el universo temprano, como se analiza en otro estudio simultáneo de JADES ( Robertson et al. al., recientemente aceptado ). Es probable que los astrónomos encuentren muchas galaxias luminosas de este tipo, posiblemente incluso en épocas anteriores, durante la próxima década con Webb.

Estamos encantados de ver la extraordinaria diversidad de galaxias que existieron en Cosmic Dawn!"