Esta imagen infrarroja del Telescopio Espacial James Webb de la NASA (también llamado Webb o JWST) fue obtenida por NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) para el programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES. Los datos de NIRCam se utilizaron para determinar qué galaxias estudiar con más detalle mediante observaciones espectroscópicas. Se determinó que una de estas galaxias, JADES-GS-z14-0 (que se muestra en la imagen de abajo), tiene un corrimiento al rojo de 14,32 (+0,08/-0,20), lo que la convierte en la actual poseedora del récord de la galaxia más distante conocida. Esto corresponde a un período de menos de 300 millones de años después del Big Bang. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Los astrónomos utilizan NASAen Telescopio espacial James Webb descubrió las primeras y más distantes galaxias conocidas, que datan de apenas 300 millones de años después de la Big Bangun hito importante en la comprensión de las primeras etapas del universo.

Un equipo internacional de astrónomos ha anunciado el descubrimiento de las dos primeras y más distantes galaxias jamás confirmadas, que datan de apenas 300 millones de años después del Big Bang. Este importante descubrimiento, logrado con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, marca un hito importante en el estudio del universo temprano. Estas galaxias fueron descubiertas por el equipo JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), codirigido por el astrónomo Brant Robertson de UC Santa Cruz.

«Este descubrimiento es completamente inesperado y probablemente será visto como el descubrimiento extragaláctico más importante del JWST hasta la fecha», dijo Robertson, profesor de astronomía y astrofísica que forma parte del comité directivo de JADES. Es el autor principal del primero de tres artículos que informan sobre varios aspectos del descubrimiento.

En un artículo, los autores concluyen: “Esto demuestra el impacto inmediato que las nuevas observaciones del JWST podrían tener en nuestro conocimiento del universo distante. Con poblaciones de galaxias de alto desplazamiento al rojo establecidas menos de 300 millones de años después del Big Bang, hemos ampliado nuestro alcance hacia el pasado cósmico en un 40% durante los primeros dieciocho meses de operaciones del JWST”.

El “desplazamiento al rojo” se refiere a un efecto causado por la expansión del universo, donde la longitud de onda de la luz de galaxias distantes se estira a medida que viaja. En estas galaxias recién descubiertas, el efecto es extremo: se estira en un factor de 15 y mueve incluso la luz ultravioleta de las galaxias a longitudes de onda infrarrojas, donde sólo JWST tiene la capacidad de observarla.

Los científicos utilizaron el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del telescopio espacial James Webb de la NASA para obtener un espectro de la galaxia distante JADES-GS-z14-0 con el fin de medir con precisión su corrimiento al rojo y así determinar su edad. El corrimiento al rojo se puede determinar a partir de la ubicación de una longitud de onda crítica conocida como ruptura de Lyman-alfa. Esta galaxia se remonta a menos de 300 millones de años después del Big Bang. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), Colaboración JADES

Persiguiendo las primeras galaxias

La teoría moderna sostiene que las galaxias se desarrollan en regiones especiales donde la gravedad ha concentrado el gas cósmico y la materia oscura en densos grupos conocidos como «halos». Estos halos evolucionan rápidamente en el universo primitivo, fusionándose en colecciones de materia cada vez más masivas. Este rápido desarrollo es la razón por la que los astrónomos están tan ansiosos por encontrar galaxias aún más antiguas: cada pequeño incremento mueve nuestros ojos a un período menos desarrollado, donde las galaxias más brillantes son aún más distintas e inusuales.

Encontradas en una región cercana al campo ultraprofundo del Hubble, las dos galaxias recién descubiertas fueron confirmadas espectroscópicamente. De acuerdo con la práctica de denominación estándar de la colaboración, las galaxias ahora se conocen como JADES-GS-z14-0 y JADES-GS-z14-1, siendo la primera la más distante de las dos.

Además de ser el nuevo poseedor del récord de distancia, el JADES-GS-z14-0 destaca por su tamaño y brillo. El JWST mide que la galaxia tiene más de 1.600 años luz de diámetro. Muchas de las galaxias más luminosas producen la mayor parte de su luz a través del gas que cae en una atmósfera supermasiva. Agujero negro, produciendo un cuásar. Pero el equipo dice que el gran tamaño de JADES-GS-z14-0 significa que la luz debe ser producida por estrellas jóvenes.

Gemas profundamente escondidas

Y, sin embargo, la enorme galaxia fue un enigma para el equipo JADES cuando la detectaron por primera vez hace más de un año, ya que aparece lo suficientemente cerca en el cielo de una galaxia en primer plano que no podían estar seguros de que las dos no fueran vecinas. Pero en octubre de 2023, el equipo de JADES realizó imágenes aún más profundas (cinco días completos con la cámara de infrarrojo cercano JWST en un solo campo) para formar el “Campo de Fuentes de JADES”. Con el uso de filtros diseñados para aislar mejor las primeras galaxias, aumentó la confianza en que JADES-GS-z14-0 estaba realmente muy distante.

Además, la galaxia cayó en una región donde el equipo obtuvo imágenes ultraprofundas con el instrumento JWST Mid-InfraRed. Estos resultados de imágenes combinados convencieron al equipo de incluir la galaxia en lo que se planeó que fuera la observación culminante de JADES, una campaña de 75 horas para realizar espectroscopia en galaxias tempranas débiles. La espectroscopía confirmó sus esperanzas de que JADES-GS-z14-0 fuera de hecho una galaxia sin precedentes, y que la candidata más débil, JADES-GS-z14-1, estuviera casi tan distante.

Una nueva era en la exploración cósmica

La combinación de alta luminosidad y origen estelar hace de JADES-GS-z14-0 la evidencia más clara hasta el momento de la rápida formación de galaxias grandes y masivas en el Universo temprano. «Podríamos haber detectado esta galaxia incluso si fuera 10 veces más débil, lo que significa que podríamos ver otros ejemplos incluso antes en el Universo, probablemente en los primeros 200 millones de años», dijo Robertson. «Esta galaxia es verdaderamente una joya y apunta a más tesoros escondidos en el universo primitivo».

El artículo de Robertson, “Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang”, ha sido aceptado para su publicación en Diario astrofísico.

Referencia: “Las primeras galaxias en el campo de orígenes de JADES: función de luminosidad y densidad de la tasa de formación de estrellas cósmicas 300 millones de años después del Big Bang” por Brant Robertson, Benjamin D. Johnson, Sandro Tacchella, Daniel J. Eisenstein, Kevin Hainline, Santiago Arribas , William M. Baker, Andrew J. Bunker, Stefano Carniani, Courtney Carreira, Phillip A. Cargile, Stéphane Charlot, Jacopo Chevallard, Mirko Curti, Emma Curtis-Lake, Francesco D'Eugenio, Eiichi Egami, Ryan Hausen, Jakob M . Christina C.Williams, Christopher NA Willmer, Chris Willott, Joris Witstok, Aceptado, Diario astrofísico.
arXiv:2312.10033

El Telescopio Espacial James Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).