Descubren pistas sobre las condiciones del universo primitivo

Empleando conjuntos de datos masivos recopilados a través del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, un equipo de investigación dirigido por un astrónomo de la Universidad Rutgers de New Brunswick está desenterrando pistas sobre las condiciones existentes en el universo primitivo.

Según los investigadores, el equipo ha catalogado las edades de las estrellas de la galaxia Wolf-Lundmark-Melotte (WLM), construyendo la imagen más detallada hasta el momento. WLM, vecino de la Vía Láctea, es un centro activo de formación estelar que incluye estrellas antiguas formadas hace 13 mil millones de años.

«Al mirar tan profundamente y ver con tanta claridad, hemos podido, efectivamente, retroceder en el tiempo», dijo Kristen McQuinn, profesora asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias, quien dirigió el investigación, descrita en The Astrophysical Journal. «Básicamente, estás realizando una especie de excavación arqueológica para encontrar estrellas de muy baja masa que se formaron temprano en la historia del universo».

McQuinn le dio crédito al grupo informático de alto rendimiento Amarel administrado por la Oficina de Computación de Investigación Avanzada de Rutgers por permitir al equipo calcular la historia de desarrollo estelar de la galaxia. Un aspecto de la investigación implicó tomar un cálculo masivo y repetirlo 600 veces, dijo McQuinn.

El importante esfuerzo computacional también ayudó a confirmar las calibraciones de los telescopios y los procedimientos de procesamiento de datos que beneficiarán a la comunidad científica en general, añadió.

Las galaxias denominadas de «baja masa» son de especial interés para McQuinn. Como se cree que dominaron el universo primitivo, permiten a los investigadores estudiar la formación de estrellas, la evolución de elementos químicos y el impacto de la formación estelar en el gas y la estructura de una galaxia. Débiles y esparcidas por el cielo, constituyen la mayoría de las galaxias del universo local. Telescopios avanzados como el Webb permiten a los científicos observarlo más de cerca.

WLM, una galaxia «irregular», lo que significa que no posee una forma distinta, como una espiral o una elipse, fue descubierta por el astrónomo alemán Max Wolf en 1909 y caracterizada con mayor detalle en 1926 por el astrónomo sueco Knut Lundmark y el astrónomo británico. Philibert Jacques Melotte. Está situado en las afueras del Grupo Local, un grupo de galaxias con forma de mancuerna que incluye la Vía Láctea.

Estar en el borde del Grupo Local ha protegido a WLM de los estragos de la mezcla con otras galaxias, dejando su población de estrellas en un estado prístino y útil para el estudio, señaló McQuinn. WLM también es interesante para los astrónomos porque es un sistema dinámico y complejo con mucho gas, lo que le permite formar estrellas activamente.

Para formular la historia de formación estelar de la galaxia (el ritmo al que han nacido estrellas en diferentes épocas del universo), McQuinn y su equipo emplearon el telescopio para centrarse minuciosamente en franjas de cielo que contienen cientos de miles de estrellas individuales. Para determinar la edad de una estrella, midieron su color (un indicador de la temperatura) y su brillo.

«Podemos usar lo que sabemos sobre la evolución estelar y lo que estos colores y brillos indican para básicamente envejecer las estrellas de la galaxia», dijo McQuinn, añadiendo que luego los investigadores contaron las estrellas de diferentes edades y trazaron un mapa de la tasa de nacimiento de estrellas a lo largo de la historia de el universo. «Lo que obtienes al final es una idea de qué tan antigua es la estructura que estás mirando».

Catalogar las estrellas de esta manera mostró a los investigadores que las capacidades de producción de estrellas de WLM disminuyeron y fluyeron con el tiempo. Las observaciones del equipo, que confirman evaluaciones anteriores realizadas por científicos que utilizaron el Telescopio Espacial Hubble, muestran que la galaxia produjo estrellas en las primeras etapas de la historia del universo durante un período de 3 mil millones de años. Se detuvo por un momento y luego se volvió a encender.

McQuinn dijo que cree que la pausa fue causada por condiciones específicas del universo primitivo.

«El universo en aquel entonces era realmente caliente», dijo. «Creemos que la temperatura del universo terminó calentando el gas en esta galaxia, y de alguna manera detuvo la formación de estrellas por un tiempo. El período de enfriamiento duró unos miles de millones de años y luego la formación de estrellas prosiguió nuevamente».

La investigación es parte del Programa de Liberación Temprana de la NASA, donde científicos designados trabajan con el Instituto Científico del Telescopio Espacial y realizan investigaciones diseñadas para resaltar las capacidades de Webb y ayudar a los astrónomos a prepararse para futuras observaciones.

La NASA lanzó el telescopio Webb en diciembre de 2021. El instrumento de gran espejo orbita alrededor del Sol a un millón de millas de la Tierra. Los científicos compiten por tiempo en el telescopio para estudiar una serie de temas que incluyen las condiciones del universo temprano, la historia del sistema solar y la búsqueda de exoplanetas.

«Hay mucha ciencia que surgirá de este programa que aún no se ha hecho», dijo McQuinn.

Otros investigadores de Rutgers que participaron en el estudio incluyeron a Max Newman, estudiante de doctorado, y Roger Cohen, asociado postdoctoral, ambos en el Departamento de Física y Astronomía de la Escuela de Artes y Ciencias de Rutgers.

Con información de The Astrophysical Journal