Las galaxias espirales como la Vía Láctea son como copos de nieve cósmicos: no hay dos exactamente iguales. Durante muchos años, los astrónomos pensaron que las espirales no podrían existir hasta que el universo tuviera aproximadamente la mitad de su edad actual. Ahora, una galaxia recién descubierta en el Universo temprano desafía esa idea.
CEERS-2112 es uno de los primeros “copos de nieve cósmicos” con brazos en espiral y una barra en el medio. Lo sorprendente es que muestra esta estructura cuando el Universo tenía sólo 2 mil millones de años. Eso es unos cinco mil millones de años antes de lo que los astrónomos esperaban que existiera algo así. El hecho de que exista una espiral perfectamente formada tan temprano nos dice que nuestras ideas sobre la formación de galaxias en la historia cósmica temprana necesitan un cierto ajuste.
Explorando el universo temprano
Esta galaxia apareció en un estudio realizado por el JWST llamado “Ciencia de liberación temprana de la evolución cósmica” (CEERS). Utiliza imágenes y espectroscopia JWST para realizar un estudio del Universo temprano y encontrar la galaxia más antigua. El análisis de la galaxia CEERS-2112 fue realizado por un equipo internacional dirigido por el astrónomo Luca Constantin del Centro de Astrobiología de España.
Los resultados del CEERS deberían mostrar a los astrónomos las primeras poblaciones de galaxias con altos corrimientos al rojo (distancias). También les ayudarán a estimar las condiciones relacionadas con la formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros. Finalmente, el trabajo debería dar una idea de la formación de discos y protuberancias de galaxias. Esencialmente, los datos del CEERS deberían aumentar nuestro conocimiento sobre la primera luz y la reionización (que ocurrió después del Big Bang) y explicar la formación y evolución de las galaxias tempranas.
Las primeras imágenes de campo profundo de galaxias muy distantes muestran fragmentos de galaxias y grupos irregulares de estrellas en el Universo temprano. Esto fue evidente en algunas de las primeras imágenes de campo profundo del Hubble. Los más distantes en las imágenes parecían más borrosos y confusos. Y algunos de ellos parecían estar colisionando, lo que encaja en el modelo colisional de formación de galaxias.
Formando galaxias en el universo temprano
Antes de las eras Hubble y JWST, los astrónomos realmente creían que se necesitaría mucho tiempo para formar galaxias espirales. A menudo describen un modelo jerárquico de formación de galaxias. Ahí es donde las galaxias agrupadas más pequeñas chocan para formar otras más grandes. Con el tiempo, esos objetos comienzan a desarrollar estructuras como brazos y barras en espiral.
“En este tipo de galaxias, las barras pueden formarse espontáneamente debido a inestabilidades en la estructura espiral o a efectos gravitacionales de una galaxia vecina”, según el astrónomo y miembro del equipo Alexander de la Vega. Actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de California Riverside. “En el pasado, cuando el Universo era muy joven, las galaxias eran inestables y caóticas. Se pensaba que las barras no podían formarse ni durar mucho en las galaxias del universo primitivo”.
Los brazos espirales probablemente sean el resultado de ondas de densidad que se mueven a través de la galaxia. Las barras también se forman a partir de ondas de densidad que irradian desde el centro. Eso comprime el material en los brazos y barras, lo que provoca explosiones de formación estelar. Eso podría explicar por qué estas regiones de las galaxias parecen más brillantes, con sus poblaciones de estrellas jóvenes y calientes. Todo esto lleva tiempo lograrlo. Por eso los astrónomos sugirieron que se necesitaría aproximadamente la mitad de la edad del Universo para formar galaxias espirales.
CEERS-2112 es parte del universo temprano
CEERS-2112 pone patas arriba la discusión sobre la formación de espirales, según De la Vega. «Encontrar CEERS-2112 muestra que las galaxias del Universo temprano podrían estar tan ordenadas como la Vía Láctea», dijo. «Esto es sorprendente porque las galaxias eran mucho más caóticas en el Universo temprano y muy pocas tenían estructuras similares a la Vía Láctea».
Por supuesto, la existencia de CEERS-2112 en el Universo infantil cambia los modelos teóricos sobre la formación temprana de galaxias. Por un lado, parece que no todo fue una mezcolanza de pequeñas formas extrañas de galaxias. Si CEERS-2112 sirve de indicación, algunos eran bastante estables desde el principio de su existencia. Podrían albergar barras centrales y comienzos de brazos en espiral.
Además, esta “formación ordenada” temprana implica a la materia oscura y el papel que desempeñó poco después del Big Bang. «Es posible que estos modelos necesiten ajustar la cantidad de materia oscura que compone las galaxias en el Universo temprano, ya que se cree que la materia oscura afecta la velocidad a la que se forman las barras», dijo de la Vega.
El descubrimiento CEERS-2112 nos muestra que se pueden detectar barras y espirales en épocas muy tempranas, incluso en estas galaxias pequeñas, distantes y oscuras. Las observaciones del JWST también brindan a los astrónomos la oportunidad de hacer estimaciones firmes sobre la forma y masa de la barra central de esta galaxia.
Repensar la teoría
El descubrimiento de CEERS-2112 obligará a repensar las condiciones del Universo temprano. Mientras que los astrónomos alguna vez pensaron que pasar de un “grupo de estrellas” a una “espiral barrada” era un proceso que duraba varios miles de millones de años, ahora parece que puede suceder más rápidamente. «El descubrimiento de ceers-2112 muestra que puede ocurrir en sólo una fracción de ese tiempo, en aproximadamente mil millones de años o menos», dijo de la Vega.
Ese tipo de creación rápida de brazos y barras espirales significa que el Universo (y su componente de materia oscura) ordenó sus estructuras con bastante rapidez, a través de procesos de formación de estrellas y colisiones de galaxias.
Con información de UniverseToday
