Observaciones innovadoras de Telescopio espacial James Webb de una fusión temprana de galaxias indica 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 se desarrollaron más rápidamente después de la Big Bang que lo esperado.
• 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 presenciada. Sugieren que las estrellas se desarrollaron mucho más rápida y eficientemente de lo que pensábamos.

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

«Cuando realizamos estas observaciones, esta galaxia era diez veces más masiva que cualquier otra galaxia encontrada en el Universo temprano», dice el Dr. Kit Boyett, investigador de ASTRO 3D Early Galaxies en la Universidad de Melbourne. Es el autor principal de un artículo publicado recientemente en Naturaleza Astronomía. El artículo cuenta con 27 autores de 19 instituciones de Australia, Tailandia, Italia, Estados Unidos, Japón, Dinamarca y China.

JWST, que se lanzará en 2021, permitirá a los astrónomos ver el Universo temprano de formas que antes eran imposibles. Objetos que aparecían como puntos únicos de luz a través de telescopios anteriores, como el telescopio espacial Hubbleestán revelando su complejidad.

JWST muestra detalles de la fusión masiva de galaxias hace 13 mil millones de años. Crédito: ASTRO 3D

«Es increíble ver el poder del JWST para proporcionar una visión detallada de las galaxias en el borde del Universo observable y, por lo tanto, retroceder en el tiempo», afirmó el Prof. Michele Trenti, líder del tema ASTRO 3D First Galaxies y líder de nodo en la Universidad de Melbourne. «Este observatorio espacial está transformando nuestra comprensión de la formación temprana de galaxias», añade el Prof.

Las observaciones del artículo actual muestran una galaxia que consta de 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 ha terminado. Podemos decir esto por el hecho de que todavía vemos dos componentes. La larga cola probablemente se produce porque parte de la emisión quedó fuera durante la fusión. Cuando dos cosas se fusionan, en cierto modo desechan parte del asunto. Entonces esto nos dice que hay una fusión y esta es la fusión más distante jamás vista”, dice el Dr. Boyett.

Esta y otras observaciones utilizando JWST están provocando que los astrofísicos ajusten sus modelos de los primeros años del Universo.

«Con James Webb, estamos viendo más objetos en el cosmos temprano de los que esperábamos ver, y esos objetos también son más masivos de lo que pensábamos», dice el Dr. «Nuestra cosmología no es necesariamente incorrecta, pero nuestra comprensión de qué tan rápido eso «Las galaxias que se formaron probablemente lo sean, porque son más masivas de lo que jamás creímos posible».

Otras galaxias antiguas. Crédito: ASTRO 3D

Los hallazgos del equipo del Dr. Boyett muestran que estas galaxias pudieron acumular masa muy rápidamente mediante fusiones.

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 de espectro con nuestras imágenes, encontramos dos cosas diferentes. La imagen nos decía que la población de estrellas era joven, pero la espectroscopia hablaba de estrellas muy viejas. Pero resulta que ambas cosas son correctas porque no tenemos una población de estrellas, sino dos”, dice Boyett.

«La población antigua existe desde hace mucho tiempo y lo que creemos que está sucediendo es que la fusión de galaxias produce nuevas estrellas y eso es lo que estamos viendo en las imágenes: nuevas estrellas además de la población anterior».

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 eso su luz domina los datos de la imagen. 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 antiguas es lo que nos dice que en realidad hay más allí de lo 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, y esto resulta en múltiples poblaciones.

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

El artículo tiene implicaciones importantes para los modelos actuales.

“Nuestras simulaciones podrían producir un objeto similar al que observamos, aproximadamente de la misma edad que el universo y aproximadamente la misma masa, sin embargo, es increíblemente raro. Tan raro que sólo hay uno de estos en todo el modelo. La posibilidad 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.

«Lo que creemos que nos falta es que las estrellas se estaban formando de manera mucho más eficiente, y eso puede ser 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, Naturaleza Astronomía.
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7