El telescopio espacial James Webb identifica 'gemas cósmicas' en un universo extremadamente temprano (vídeo)
Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto cúmulos de estrellas en el arco de las “Joyas Cósmicas” que existieron apenas 460 millones de años después del Big Bang. Esto marca el primer descubrimiento de cúmulos de estrellas en una galaxia joven, vista como era cuando el universo de 13.800 millones de años tenía menos de 500 millones de años.
El arco de las Gemas Cósmicas, descubierto inicialmente por el Telescopio Espacial Hubble y designado oficialmente SPT0615-JD1, es una galaxia infantil con lentes gravitacionales a unos 13.300 millones de años luz de la Tierra. Esto significa que la luz de esta galaxia, vista por JWST, ha viajado a la Tierra durante aproximadamente el 97% de la vida del Universo.
El equipo internacional de astrónomos detrás de este descubrimiento encontró cinco cúmulos estelares masivos jóvenes en el arco de la Gema Cósmica. Estos cúmulos existieron durante un período en el que las galaxias jóvenes experimentaban intensos estallidos de formación estelar y emitían enormes cantidades de luz ultravioleta. Esta radiación puede ser responsable de desencadenar una de las dos fases principales de la evolución del universo: la época de la reionización cósmica.
El estudio de estos cúmulos de cinco estrellas podría enseñar mucho a los astrónomos sobre este período temprano del cosmos.
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«La sorpresa y el asombro fueron increíbles cuando abrimos las imágenes del JWST por primera vez», dijo Angela Adamo, de la Universidad de Estocolmo y del Centro Oskar Klein en Suecia y líder del equipo. dijo en un comunicado. «Vimos una pequeña cadena de puntos brillantes reflejados de un lado a otro: ¡estas joyas cósmicas son cúmulos de estrellas! ¡Sin JWST, no sabríamos que estamos observando cúmulos de estrellas en una galaxia tan joven!»
Los cúmulos de estrellas recientemente detectados en el arco de la Gema Cósmica son notables por su naturaleza masiva y densa. La densidad de los cinco cúmulos estelares es considerablemente mayor que la de los cúmulos estelares cercanos.
Una mano amiga de Einstein
La época de la reionización es tan importante porque fue la etapa en la que las primeras fuentes de luz en el cosmos -las primeras galaxias, estrellas y quásares impulsados por agujeros negros supermasivos- proporcionaron la energía que separaba los electrones del hidrógeno neutro que llenaba el universo. . .
Los cúmulos de estrellas recién descubiertos están ubicados en una región muy pequeña de su galaxia, pero son responsables de la mayor parte de la luz ultravioleta proveniente de esa galaxia, lo que significa que cúmulos como estos podrían haber sido los principales impulsores de la reionización.
Al estudiar la reionización, los científicos pueden aprender más sobre los procesos que formaron estructuras a gran escala en el universo. Esto puede revelar cómo la distribución notablemente suave de la materia durante los primeros tiempos cósmicos dio paso al universo altamente estructurado de galaxias (y cúmulos de galaxias) que los astrónomos ven en las épocas posteriores del universo.
Más específicamente, estos primeros cinco cúmulos de estrellas pueden mostrar dónde se formaron las estrellas y cómo se distribuyeron durante la infancia del cosmos. Esto ofrece una oportunidad única para estudiar la formación de estrellas, así como el funcionamiento interno de galaxias jóvenes a una distancia sin precedentes, afirma el equipo de estudio.
«La increíble sensibilidad y resolución angular del JWST en longitudes de onda del infrarrojo cercano, combinadas con las lentes gravitacionales proporcionadas por el enorme cúmulo de galaxias en primer plano, permitieron este descubrimiento», dijo Larry Bradley, investigador principal del programa de observación que capturó estos datos. declaración. . «Ningún otro telescopio podría haber hecho este descubrimiento».
Para ver objetos tan distantes como existían en el universo primitivo, JWST utiliza un principio de la teoría de la gravedad de Einstein de 1915: la relatividad general.
La relatividad general sugiere que los objetos con masa hacen que el tejido mismo del espacio y el tiempo, mantenidos unidos como una entidad de cuatro dimensiones llamada «espaciotiempo», se deforme. Cuanta más masa tiene un objeto, mayor es la deformación del espacio-tiempo que provoca.
Cuando la luz procedente de fuentes de fondo atraviesa esta deformación, su trayectoria se vuelve curva. Cuanto más cerca pasa la luz del objeto deformado, más curva se vuelve su trayectoria. Como resultado de esto, la luz de un solo objeto puede llegar a un observador, como el JWST, más de una vez y en diferentes momentos.
Esto significa que las fuentes de luz pueden aparecer en varios lugares de la misma imagen, cambiar sus posiciones a posiciones aparentes o, más útilmente, amplificar su luz. Este último fenómeno se llama «lente gravitacional», y el cuerpo entre un objeto de fondo distante y la Tierra se denomina «objeto de lente».
En este caso, el objeto lente es un cúmulo de galaxias lente llamado SPT-CL J0615-5746, y los objetos de fondo son las Gemas Cósmicas, sus cúmulos de estrellas y dos galaxias lentes distantes.
“¡Lo que tiene de especial el arco de Cosmic Gems es que, gracias a las lentes gravitacionales, podemos resolver la galaxia hasta escalas de pársecs!” dijo Adamo.
¿Cómo se unen los cúmulos globulares?
Un prometedor estudio de seguimiento resultante de esta observación del JWST de los primeros cúmulos de estrellas se refiere a cómo se forman los conjuntos de estrellas, llamados «cúmulos globulares». Como se ve en nuestra galaxia, la Vía Láctea, los cúmulos globulares son reliquias antiguas de intensos estallidos de formación estelar en el Universo temprano.
Los científicos no están seguros de cómo se unen estos conglomerados esféricos de estrellas muy compactas y unidas gravitacionalmente, pero puede ser crucial que los cúmulos de estrellas jóvenes, masivos y densos en el arco de las Gemas Cósmicas bien puedan ser las primeras etapas de la formación de cúmulos globulares. Esto significa que podrían proporcionar una ventana increíblemente útil a las primeras etapas del nacimiento de los cúmulos globulares.
Estos cúmulos de cinco estrellas también podrían ayudar a comprender otros aspectos de la evolución cósmica.
«Las altas densidades estelares encontradas en los cúmulos nos proporcionan la primera indicación de los procesos que ocurren dentro de sus interiores, brindando nuevos conocimientos sobre la posible formación de estrellas muy masivas y semillas de agujeros negros, ambos importantes para la evolución de las galaxias». dijo Adamo. él dijo.
El estudio del arco Cosmic Gems continuará con el equipo detrás de esta investigación que ya planea observar esta galaxia temprana con el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de JWST durante el ciclo 3 de las operaciones del telescopio espacial estadounidense. .
«Las observaciones de NIRSpec nos permitirán confirmar el corrimiento al rojo de la galaxia y estudiar la emisión ultravioleta de los cúmulos de estrellas, que se utilizará para estudiar sus propiedades físicas con más detalle», dijo Bradley. «Las observaciones MIRI nos permitirán estudiar las propiedades del gas ionizado».
Estas observaciones espectroscópicas deberían revelar cuán intensa fue la formación de estrellas en los sitios activos de esta galaxia infantil.
Los astrónomos detrás de este estudio también pretenden estudiar otras galaxias para buscar cúmulos de estrellas similares a estos cinco.
«Estoy seguro de que hay otros sistemas como este esperando ser descubiertos en el Universo temprano, lo que nos permitirá profundizar nuestra comprensión de las galaxias primitivas», dijo el miembro del equipo Eros Vanzella del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF).
La investigación del equipo fue publicada el lunes (24 de junio) en la revista Nature.
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