Observaciones innovadoras de Telescopio espacial James Webb de una fusión temprana de galaxias indican una formación estelar más rápida y eficiente de lo que se pensaba anteriormente, revelando poblaciones estelares complejas y desafiando las teorías cosmológicas actuales.

• Las galaxias y las estrellas crecieron más rápido después Big Bang siempre que.
• Imágenes detalladas de una de las primeras galaxias muestran que el crecimiento fue mucho más rápido de lo que pensábamos.

Un equipo de investigación internacional ha realizado observaciones detalladas sin precedentes de la primera fusión de galaxias jamás observada. Sugieren que las estrellas crecieron mucho más rápida y eficientemente de lo que pensábamos.

Utilizaron el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para observar el enorme objeto tal como se veía 510 millones de años después del Big Bang, o hace unos 13 mil millones de años.

«Cuando hicimos estas observaciones, esta galaxia era diez veces más masiva que cualquier otra galaxia descubierta tan tempranamente en el Universo», dice el Dr. Kit Boyett, investigador de galaxias tempranas de ASTRO 3D de la Universidad de Melbourne. Es el autor principal de un artículo publicado recientemente en astronomía natural. El artículo cuenta con 27 autores de 19 instituciones de Australia, Tailandia, Italia, Estados Unidos, Japón, Dinamarca y China.

JWST, lanzado en 2021, permitirá a los astrónomos observar el Universo temprano de una manera que antes era imposible. Objetos que aparecían como puntos únicos de luz a través de telescopios anteriores como el El telescopio espacial Hubblerevelan su complejidad.

JWST muestra detalles de una fusión masiva de galaxias hace 13 mil millones de años. Crédito: ASTRO3D

«Es sorprendente ver el poder del JWST para proporcionar una vista detallada de las galaxias ubicadas en el borde del Universo observable y, por lo tanto, en el tiempo», dice el profesor Michele Trenti, líder del tema ASTRO 3D First Galaxies y líder del nodo de la Universidad de Melbourne. «Este observatorio espacial transforma nuestra comprensión de la formación temprana de galaxias», añade el profesor Trenti.

Las observaciones presentadas en el presente artículo muestran una galaxia compuesta por varios grupos con dos componentes en el grupo principal y una cola larga, lo que sugiere una fusión en curso de dos galaxias en una más grande.

“La fusión aún no está completa. Podemos ver esto por el hecho de que siempre vemos dos componentes. La larga cola probablemente se deba al hecho de que algunas de las preguntas quedaron fuera durante la fusión. Cuando dos cosas se fusionan, de alguna manera liberan parte de la materia. Esto nos dice que hay una fusión y que es la fusión más lejana jamás vista”, dice el Dr. Boyett.

Esta observación y otras que utilizan JWST están llevando a los astrofísicos a ajustar sus modelos de los primeros años del Universo.

«Con James Webb, estamos viendo más objetos en el cosmos temprano de lo que esperábamos, y estos objetos también son más masivos de lo que pensábamos», dice el Dr. Boyett. «Nuestra cosmología no es necesariamente errónea, pero nuestra comprensión de la rapidez con la que se formaron las galaxias probablemente sí lo sea, porque son más masivas de lo que jamás creímos posible».

Otras galaxias antiguas. Crédito: ASTRO3D

Los hallazgos del equipo del Dr. Boyett muestran que estas galaxias eran capaces de acumular masa muy rápidamente a medida que se fusionaban.

Pero no es sólo el tamaño de las galaxias y la velocidad a la que crecieron lo que sorprende al Dr. Boyett. Su artículo describe por primera vez la población de estrellas que forman las galaxias en fusión, otro detalle posible gracias al JWST.

“Cuando comparamos nuestro análisis espectral con nuestras imágenes, descubrimos dos cosas diferentes. La imagen nos decía que la población de estrellas era joven, pero la espectroscopia hablaba de estrellas bastante viejas. Pero resulta que ambas cosas son correctas porque no tenemos una población de estrellas sino dos”, dice Boyett.

«La antigua población ha estado allí durante mucho tiempo y creemos que la fusión de galaxias está produciendo nuevas estrellas y eso es lo que estamos viendo en las imágenes: nuevas estrellas encima de la antigua población».

La mayoría de los estudios de estos objetos muy distantes muestran estrellas muy jóvenes, pero esto se debe a que las estrellas más jóvenes son más brillantes y, por lo tanto, su luz domina los datos de las imágenes. El JWST, sin embargo, permite observaciones tan detalladas que se pueden distinguir las dos poblaciones.

«El hecho de que la espectroscopia sea tan detallada que podamos ver las características sutiles de las estrellas viejas es lo que nos dice que hay más de las que pensamos», dice el Dr. Boyett.

“Esto no es tan sorprendente, sabemos que a lo largo de la historia de un universo hay picos de formación de nuevas estrellas por diversas razones, lo que resulta en poblaciones múltiples.

«Pero esta es la primera vez que realmente los vemos a esta distancia».

El artículo tiene implicaciones importantes para los modelos actuales.

“Nuestras simulaciones pueden producir un objeto similar al que observamos, aproximadamente de la misma edad que el universo y aproximadamente la misma masa, pero esto es increíblemente raro. Tan raro que sólo hay uno en todo el modelo. La probabilidad de que veamos esto con nuestras observaciones sugiere que tenemos mucha suerte o que nuestras simulaciones están equivocadas, y este tipo de objeto es más común de lo que pensamos”, dice el Dr. Boyett.

«Lo que nos falta es que las estrellas se forman de manera mucho más eficiente y tal vez eso es lo que necesitamos cambiar en nuestros modelos».

Referencia: “Una galaxia masiva en interacción 510 millones de años después del Big Bang” por Kristan Boyett, Michele Trenti, Nicha Leethochawalit, Antonello Calabró, Benjamin Metha, Guido Roberts-Borsani, Nicoló Dalmasso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Treu, Tucker Jones , Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Namrata Roy, Xin Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Maruša Bradač, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glazebrook, Laura Pentericci , Eros Vanzella y Benedetta Vulcani, 7 de marzo de 2024, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7