Al escanear las primeras imágenes de una galaxia temprana muy conocida tomadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, los astrónomos de Cornell estaban intrigados al ver una mancha de luz cerca de su borde exterior.
Su enfoque inicial, y el objetivo del observatorio de infrarrojos, era SPT0418-47, una de las galaxias polvorientas con formación de estrellas más brillantes del universo primitivo, su luz distante doblada y magnificada por la gravedad de una galaxia en primer plano en un círculo, llamado anillo de Einstein.
Pero una inmersión más profunda en los primeros datos de JWST publicados el otoño pasado produjo un descubrimiento fortuito: una galaxia compañera previamente escondida detrás de la luz de la galaxia en primer plano, una que sorprendentemente parece haber albergado ya varias generaciones de estrellas a pesar de su corta edad, estimada en 1,4 mil millones de años.
“Encontramos que esta galaxia es súper abundante químicamente, algo que ninguno de nosotros esperábamos”, dijo Bo Peng, estudiante de doctorado en astronomía, quien dirigió el análisis de datos. “JWST cambia la forma en que vemos este sistema y abre nuevos lugares para estudiar cómo se formaron las estrellas y las galaxias en el universo primitivo”.
Peng es el autor principal de “Discovery of a Dusty, Chemically Mature Companion to z~4 Starburst Galaxy in JWST Early Release Science Data”, publicado el 17 de febrero en Astrophysical Journal Letters, con ocho coautores que son miembros actuales o anteriores. del Departamento de Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias.
Las imágenes anteriores del mismo anillo de Einstein capturadas por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile contenían pistas del compañero resueltas claramente por JSWT, pero no podían interpretarse como algo más que ruido aleatorio, dijo Amit Vishwas, un investigador asociado en el Centro Cornell de Astrofísica y Ciencias Planetarias (CCAPS) y segundo autor del artículo.
Al investigar los datos espectrales incrustados en cada píxel de las imágenes del instrumento NIRSpec de JWST, Peng identificó una segunda fuente de luz nueva dentro del anillo. Determinó que las dos nuevas fuentes eran las imágenes de una nueva galaxia que estaba siendo captada gravitacionalmente por la misma galaxia en primer plano responsable de crear el anillo, aunque eran de ocho a 16 veces más débiles, un testimonio del poder de la visión infrarroja de JWST.
Un análisis posterior de la composición química de la luz confirmó que las fuertes líneas de emisión de los átomos de hidrógeno, nitrógeno y azufre mostraban desplazamientos hacia el rojo similares, una medida de cuánta luz de una galaxia se extiende en longitudes de onda más largas y rojas a medida que se aleja. Eso colocó a las dos galaxias aproximadamente a la misma distancia de la Tierra, calculada como un desplazamiento hacia el rojo de aproximadamente 4,2, o aproximadamente el 10% de la edad del universo, y en el mismo vecindario.
Para verificar su descubrimiento, los investigadores volvieron a las observaciones anteriores de ALMA. Encontraron una línea de emisión de carbono ionizado que coincidía estrechamente con los desplazamientos al rojo observados por JWST.
“Eso realmente lo clavó”, dijo Vishwas. “Debido a que tenemos varias líneas de emisión desplazadas exactamente en la misma cantidad, no hay duda de que esta nueva galaxia está donde creemos que está”.
El equipo estimó que la galaxia compañera, a la que llamaron SPT0418-SE, estaba a 5 kiloparsecs del anillo. (Las Nubes de Magallanes, satélites de la Vía Láctea, están a unos 50 kiloparsecs de distancia). Esa proximidad sugiere que las galaxias están destinadas a interactuar entre sí y potencialmente incluso fusionarse, una observación que se suma a la comprensión de cómo las primeras galaxias pueden haber evolucionado en los más grandes.
Las dos galaxias tienen una masa modesta en comparación con las galaxias del universo primitivo, con “SE” relativamente más pequeña y menos polvorienta, lo que hace que parezca más azul que el anillo extremadamente oscurecido por el polvo. Con base en imágenes de galaxias cercanas con colores similares, los investigadores sugieren que pueden residir “en un halo masivo de materia oscura con vecinos aún por descubrir”.
Lo más sorprendente de la galaxia compañera, considerando su edad y masa, fue su metalicidad madura: cantidades de elementos más pesados que el helio y el hidrógeno, como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno. El equipo estimó que es comparable a nuestro sol, que tiene más de 4.000 millones de años y heredó la mayoría de sus metales de generaciones anteriores de estrellas que tuvieron 8.000 millones de años para construirlos.
“Estamos viendo los restos de al menos un par de generaciones de estrellas que vivieron y murieron en los primeros mil millones de años de la existencia del universo, que no es lo que normalmente vemos”, dijo Vishwas. “Especulamos que el proceso de formación de estrellas en estas galaxias debe haber sido muy eficiente y comenzó muy temprano en el universo, particularmente para explicar la abundancia medida de nitrógeno en relación con el oxígeno, ya que esta proporción es una medida confiable de cuántas generaciones de estrellas han vivido y muerto”.
Los investigadores han presentado una propuesta para el tiempo de observación del JWST para continuar el estudio del anillo y sus compañeros y reconciliar las posibles diferencias observadas entre el espectro óptico y el infrarrojo lejano.
“Todavía estamos trabajando en esta galaxia”, dijo Peng. “Hay más para explorar en estos datos”.
El equipo agradeció al programa científico de publicación anticipada que hizo que los datos del JWST estuvieran disponibles de inmediato para el público, denominado PLANTILLAS: Apuntando a arcos con lentes pancromáticas extremadamente magnificados y su formación estelar extendida, dirigido por la astrofísica de la NASA Jane Rigby, científica del proyecto de operaciones del observatorio.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
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