Webb capta por primera vez el nacimiento de las galaxias más antiguas del universo

Esta ilustración muestra una galaxia que se formó sólo unos cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el gas era una mezcla de gas transparente y opaco durante la época de reionización. Los datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestran que hay una gran cantidad de gas frío y neutro en las proximidades de estas galaxias primitivas, y que el gas puede ser más denso de lo esperado.
Webb observó estas galaxias como parte del Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) unos meses después de que comenzaran las observaciones en 2022. CEERS incluye imágenes y datos conocidos como espectros del pequeño obturador a bordo del NIRSpec (el espectrógrafo de infrarrojo cercano). Los datos de CEERS se publicaron de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte del programa Early Release Science (ERS) de Webb. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

usando Telescopio espacial James WebbInvestigadores de la Universidad de Copenhague fueron los primeros en descubrir la formación de tres de las galaxias más antiguas del universo, hace más de 13 mil millones de años.

Por primera vez en la historia de la astronomía, investigadores del Instituto Niels Bohr presenciaron el nacimiento de tres de las galaxias más antiguas que jamás hayan existido en el universo, hace entre 13,3 y 13,4 mil millones de años.

El descubrimiento se realizó utilizando el Telescopio Espacial James Webb, que nos trajo estas primeras «observaciones en vivo» de galaxias en formación aquí en la Tierra.

A través del telescopio, los investigadores pudieron ver señales de grandes cantidades de gas que se acumulan y acumulan en una pequeña galaxia en formación. Si bien así es como se forman las galaxias según teorías y simulaciones por computadora, nunca antes se había visto.

“Se podría decir que estas son las primeras imágenes 'directas' de la formación de galaxias que hemos visto. “Si bien James Webb nos mostró anteriormente galaxias tempranas en etapas posteriores de desarrollo, aquí estamos siendo testigos de su nacimiento y, por tanto, de la construcción de las galaxias. primeros sistemas estelares del universo”, dice el profesor asociado Casper Elm-Heintz del Instituto Niels Bohr, quien dirigió el nuevo estudio.

El estudio fue publicado en la prestigiosa revista científica. Ciencias.

¿Cómo lo hicieron?

Los investigadores pudieron medir la formación de las primeras galaxias del universo utilizando modelos avanzados de cómo la luz de estas galaxias es absorbida por el gas neutro presente dentro y alrededor de ellas. Esta transición se conoce como transición Lyman-alfa.

Al medir la luz, los investigadores pudieron distinguir el gas de las galaxias recién formadas de otros gases. Estas mediciones sólo fueron posibles gracias a las increíblemente sensibles capacidades de imágenes espectroscópicas infrarrojas del Telescopio Espacial James Webb.

Galaxias nacidas poco después del Big Bang

Los investigadores estiman que el nacimiento de las tres galaxias se produjo aproximadamente entre 400 y 600 millones de años después de su aparición. la gran explosiónLa explosión que empezó todo. Si bien esto parece mucho tiempo, corresponde a galaxias que se formaron dentro del primer tres o cuatro por ciento de la edad total del universo de 13.800 millones de años.

Poco después del Big Bang, el universo era un gas masivo y opaco de átomos de hidrógeno, a diferencia de hoy, donde el cielo nocturno está salpicado de un manto de estrellas bien definidas.

«Unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, se formaron las primeras estrellas, antes de que las estrellas y el gas comenzaran a fusionarse en galaxias. Este es el proceso que vemos comenzar en nuestras observaciones», explica el profesor asociado Darach Watson.

El nacimiento de las galaxias se produjo en un momento de la historia del universo conocido como Era de la Reionización, cuando la energía y la luz de algunas de las primeras galaxias penetraron nubes de gas hidrógeno.

Estas grandes cantidades de gas hidrógeno fueron capturadas por investigadores utilizando la visión infrarroja del Telescopio Espacial James Webb. Esta es la medición más distante del gas hidrógeno frío y neutro, el componente básico de las estrellas y galaxias, que los investigadores científicos han descubierto hasta la fecha.

Sobre el universo temprano

El universo comenzó su “vida” hace unos 13.800 millones de años con una explosión masiva: el Big Bang. Este evento dio lugar a una gran cantidad de partículas subatómicas como quarks y electrones. Estas partículas se combinan para formar protones y neutrones, que luego se combinan para formar núcleos atómicos. Unos 380.000 años después del Big Bang, los electrones comenzaron a orbitar alrededor de núcleos atómicos y gradualmente se formaron los átomos más simples del universo.

Las primeras estrellas se formaron unos cientos de millones de años después. Dentro de los núcleos de estas estrellas se formaron los átomos más grandes y complejos que nos rodean.

Posteriormente, las estrellas se fusionaron para formar galaxias. Las galaxias más antiguas que conocemos se formaron entre 3 y 400 millones de años después del Big Bang. Nuestro sistema solar surgió hace unos 4.600 millones de años, más de 9.000 millones de años después del Big Bang.

Se suma a la comprensión de nuestros orígenes.

El estudio fue realizado por Kasper Elm Heintz, en estrecha colaboración con los investigadores Darach Watson y Gabriel Brammer y el estudiante de doctorado Simon Vijelgaard del Centro para el Amanecer Cósmico del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, un centro cuyo objetivo declarado es investigar y comprender el amanecer del universo. Este último resultado los acerca a lograrlo.

El equipo de investigación ya ha solicitado más tiempo de observación con el Telescopio Espacial James Webb, con la esperanza de ampliar sus nuevos hallazgos y aprender más sobre la era más temprana de la formación de galaxias.

“En este momento, se trata de mapear nuestras nuevas observaciones de galaxias en formación con mayor detalle que antes. Al mismo tiempo, estamos constantemente tratando de superar el límite de hasta qué punto podemos ver el universo. más lejos”, afirma Simon Vijelgaard.

Según el investigador, los nuevos conocimientos contribuyen a responder una de las preguntas fundamentales de la humanidad.

“Una de las preguntas más fundamentales que siempre nos hacemos los humanos es: '¿De dónde venimos?'”. Aquí reunimos más respuestas destacando el momento en que se crearon algunas de las primeras estructuras del universo. “Es un proceso que investigaremos. más Así, con suerte, podremos unir más piezas del rompecabezas”, concluye el profesor asociado Gabriel Brammer.

Referencia: “Fuerte absorción de Lyman-alfa en galaxias jóvenes en formación de estrellas con corrimientos al rojo de 9 a 11” por Casper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simon Vijelgaard, Anne Hutter, Victoria B. Estrecho, Jorit Mathy, Pascal A. Oish, Pal Jacobson, Niall R. Tanveer, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Kelly, Entai Yeung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdul Rauf, Dan Kuo, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein y Son Toft, 23 de mayo de 2024, Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.adj0343

El estudio fue realizado por los investigadores Casper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simon Vijelgaard, Anne Hutter y Victoria B. Strait, Jorit Mathy y Pascal A. Awish, Pal Jacobson y Niall R. Tanveer, Peter Laursen y Rohan B. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Kelly, Entai Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdul Rauf, Dan Kuo, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein y Son Toft.

La parte danesa de la investigación está financiada por la Fundación Nacional Danesa de Investigación y la Fundación Carlsberg.