Webb revela cúmulos estelares puros en una galaxia del universo primitivo

Arco de piedras preciosas cósmicas observado por el telescopio espacial James Webb. Crédito de la imagen: ESA/Web, NASA, CSA, L. Bradley (Instituto Científico del Telescopio Espacial) y A. Adamo (Universidad de Estocolmo) y Cosmic Spring Collaboration.

La historia del nacimiento y evolución de estrellas y galaxias sigue siendo hasta el día de hoy una de las cuestiones astrofísicas más desafiantes hasta la fecha, pero nuevas investigaciones nos están acercando a comprenderla.

Un reciente estudio internacional realizado por la Dra. Angela Adamo de la Universidad de Estocolmo ha revelado nuevos conocimientos sobre galaxias jóvenes de la era de la reionización. Telescopio espacial James Webb (JWST), investigadores han estudiado la galaxia cósmica de piedras preciosas de Sagitario (SPT0615-JD), confirmando que su luz se originó 460 millones de años después… la gran explosiónLo que hace que esta galaxia sea única es que se magnifica mediante un efecto llamado lente gravitacional, que no se observó en otras galaxias que se formaron durante esa era. El acercamiento al Arco de Piedras Preciosas Cósmicas permitió al equipo estudiar estructuras más pequeñas dentro de una galaxia joven por primera vez.

Los investigadores han descubierto que el arco de las gemas cósmicas incluye cinco cúmulos de estrellas jóvenes y masivos en los que se están formando estrellas. “Fue una sorpresa y un asombro increíbles cuando abrimos las imágenes del Telescopio James Webb por primera vez”, dice Adamo.

El misterio del universo primitivo

La Época de Reionización es un momento crucial durante la evolución del universo, que ocurrió durante los primeros mil millones de años después del Big Bang. Durante este período, el universo sufrió una importante transformación. En sus inicios estaba lleno de gas hidrógeno neutro, pero esto cambió durante la era de la reionización. La materia del universo pasó de su forma neutra a su forma totalmente ionizada; Los átomos han sido despojados de sus electrones. Se cree que las primeras galaxias del universo estuvieron detrás de esta transformación.

Para estudiar las primeras galaxias tenemos que mirar muy lejos en el espacio. La luz viaja a una velocidad limitada. Al observar objetos a largas distancias, podemos “mirar hacia atrás en el tiempo” y ver el estado del objeto en el momento en que se emitió la luz. Sin embargo, es difícil observar pequeños detalles de un objeto a distancias lo suficientemente grandes como para estudiar el universo primitivo.

Primer plano de los cúmulos de estrellas reflejados en el Arco de Piedras Preciosas Cósmicas. Medio: Versión negativa de los cúmulos estelares, donde se identifican los diferentes cúmulos estelares. Derecha: Cúmulos de estrellas «detrás» de la lente gravitacional. Esta imagen fue calculada mediante simulación por computadora. Copyright: ESA/WEB, NASA, CSA, ELS. Bradley (Instituto de Astronomía Espacial) y A. Adamo (Universidad de Estocolmo) y la Colaboración Cosmic Spring

Una forma de observar detalles finos en una galaxia a gran distancia es mediante el uso de lentes gravitacionales. Las lentes gravitacionales se producen cuando la trayectoria de la luz se curva alrededor de un cuerpo celeste de gran masa debido a su fuerte gravedad. Cuando la luz de una fuente pasa a través de una lente gravitacional, se distorsiona de manera similar al efecto de una lupa. De esta forma, los astrónomos pueden observar pequeños detalles en objetos distantes.

Las galaxias construyen lentamente sus cúmulos de estrellas mediante un proceso conocido como formación estelar. En las galaxias locales vemos que una gran proporción de estrellas se forman en cúmulos estelares. Los cúmulos de estrellas son grupos de estrellas unidas por fuerzas gravitacionales. Los cúmulos de estrellas pueden ser de diferentes tamaños, algunos contienen solo una pequeña cantidad de estrellas mientras que otros pueden contener millones de estrellas. Los cúmulos globulares son cúmulos de estrellas muy antiguos donde alguna vez se formaron estrellas, pero ese ya no es el caso. Cómo y dónde se forman los cúmulos globulares ha sido un misterio de larga data.

Observaciones avanzadas utilizando el telescopio espacial James Webb

En un nuevo estudio publicado en la revista científica naturalezaUn equipo de astrónomos presenta el descubrimiento de cúmulos de estrellas en una galaxia cuya luz pasó a través de lentes gravitacionales en su camino hacia la Tierra. «Este logro sólo puede lograrse gracias a las incomparables capacidades de James Webb», afirma la Dra. Adelaide Claesens de la Universidad de Estocolmo y coautora de la publicación. La galaxia SPT0615-JD, también conocida como Arco Cósmico de Piedras Preciosas, se encuentra en el universo distante. La luz que hoy llega a la Tierra emanó de esta galaxia sólo 460 millones de años después del Big Bang. Al estudiar este objeto, los astrónomos retroceden el 97% del tiempo cósmico.

El poder de NIRCam y el descubrimiento de cúmulos estelares

«Gracias a las lentes gravitacionales, el arco de esencias cósmicas se puede resolver a escalas lo suficientemente pequeñas como para estudiar los objetos que hay en su interior», añade Claessens.

El equipo utilizó el instrumento de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) a bordo del telescopio James Webb para realizar sus observaciones. NIRCam está diseñado para capturar imágenes de alta resolución en la parte del infrarrojo cercano del espectro de luz, donde se pueden detectar las estrellas y galaxias más antiguas. Utilizando la alta resolución de JWST NIRCam, las observaciones resultantes mostraron una serie de puntos brillantes que se reflejaban de lado a lado. Se descubrió que estos puntos eran cinco cúmulos estelares masivos jóvenes.

La importancia de descubrir los primeros cúmulos estelares

Al analizar los espectros de luz emitidos por la galaxia, se determinó que los cúmulos de estrellas están ligados gravitacionalmente y tienen una densidad estelar tres veces mayor que los típicos cúmulos de estrellas jóvenes del universo local. También se descubrió que los cúmulos se formaron recientemente, hace 50 millones de años. Son muy masivos, aunque mucho más pequeños que los cúmulos globulares.

“Fue sorprendente ver las imágenes de James Webb del arco de gemas cósmicas y darnos cuenta de que estábamos observando cúmulos de estrellas en una galaxia tan joven”, dice Adamo. “Observamos cúmulos globulares alrededor de galaxias locales, pero no sabemos cuándo ni cuándo. «Es único para nosotros sobre el funcionamiento de las galaxias nacientes, además de mostrarnos dónde se forman los cúmulos globulares. Estos cúmulos habrán tenido tiempo suficiente para relajarse y transformarse en cúmulos globulares». , dada su formación a una edad tan temprana en el universo».

Entendiendo el universo primitivo

Al estudiar los cúmulos de estrellas en galaxias jóvenes nacidas poco después del Big Bang, se puede lograr una comprensión más profunda de cómo y dónde se forman los cúmulos globulares. Dado que se cree que las galaxias jóvenes impulsan el proceso de reionización durante el período de reionización, es importante estudiarlas en profundidad para adquirir conocimientos sobre el universo primitivo. Utilizando los descubrimientos realizados por los autores de este estudio, se añade más información a nuestra comprensión de cómo nacieron las estrellas en las primeras galaxias y dónde y cómo se formaron los cúmulos globulares.

Pensando en el futuro

En el futuro, el grupo planea construir una muestra más grande de galaxias similares. «Hasta ahora tenemos una galaxia, pero necesitamos más si queremos establecer la demografía de los grupos de galaxias que se formaron en las galaxias más antiguas», dice Adamo.

El equipo también tiene un programa aprobado para el próximo ciclo de observaciones JST, donde estudiarán con más detalle la galaxia de la piedra preciosa cósmica de Sagitario y sus cúmulos de estrellas recientemente descubiertos. “Las observaciones espectrales nos permitirán mapear espacialmente la tasa de formación de estrellas y la radiación ionizante. Fotón «Mejorar la eficiencia de la producción en toda la galaxia es esencial», añade el Dr. Larry Bradley, investigador principal del Programa Espacial James Webb y segundo autor de este artículo.

Referencia: “Cúmulos de estrellas unidos observados en una galaxia lenticular de 460 millones de años después del Big Bang” por Angela Adamo, Larry D. Bradley, Eros Vanzella, Adelaide Claessens, Brian Welsh y José M. Diego, Guillaume Mahler, Masamune Oguri, Kirin Sharon, Abdul Rauf, Tiger Yu-Yang Hsiao, Xinfeng Xu, Mateo Mesa y Augusto E. Lassen, Erik Zachrisson, Gabriel Brammer, Dan Ko, Vasiliy Kokorev, Massimo Ricotti, Adi Zitrin, Seiji Fujimoto y Akio K. Inouye, Tom Reciguer y Jane R. Rigby, Yolanda Jiménez-Teja y Roger A. Windhorst, Takuya Hashimoto y Yuichi Tamura, 24 de junio de 2024. naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07703-7

La Dra. Angela Adamo, profesora asistente del Cúmulo de Galaxias en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Estocolmo, es la autora principal del artículo. La Dra. Adelaide Claesens es investigadora postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Estocolmo, y Erik Zachrisson, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Uppsala, son coautores del estudio.