Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado el telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA para descubrir cúmulos de estrellas ligados gravitacionalmente cuando el universo tenía 460 millones de años. Este es el primer descubrimiento de cúmulos de estrellas en una galaxia naciente menos de 500 millones de años después del Big Bang.
El trabajo se publica en la revista Nature.
Las galaxias jóvenes del universo primitivo atravesaron importantes fases de formación estelar, generando cantidades sustanciales de radiación ionizante. Sin embargo, debido a sus distancias cosmológicas, los estudios directos de su contenido estelar han resultado desafiantes. Utilizando Webb, un equipo internacional de astrónomos ha detectado cinco cúmulos estelares masivos jóvenes en el arco de las Gemas Cósmicas (SPT0615-JD1), una galaxia fuertemente lente que emitía luz cuando el universo tenía aproximadamente 460 millones de años, mirando hacia atrás en el 97% de tiempo cósmico.
El arco de las Gemas Cósmicas se descubrió inicialmente en imágenes del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA obtenidas por el programa RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) del cúmulo de galaxias en lente SPT-CL J0615-5746.
«Se cree que estas galaxias son una fuente principal de la intensa radiación que reionizó el universo primitivo», dijo la autora principal Angela Adamo de la Universidad de Estocolmo y el Centro Oskar Klein en Suecia. «Lo que tiene de especial el arco de Cosmic Gems es que gracias a las lentes gravitacionales, podemos resolver la galaxia hasta escalas de pársec».
Con Webb, el equipo científico ahora puede ver dónde se formaron las estrellas y cómo se distribuyen, de manera similar a cómo se utiliza el Telescopio Espacial Hubble para estudiar galaxias locales. La visión de Webb brinda una oportunidad única para estudiar la formación estelar y el funcionamiento interno de las galaxias jóvenes a una distancia sin precedentes.
«La increíble sensibilidad y resolución angular de Webb en longitudes de onda del infrarrojo cercano, combinadas con lentes gravitacionales proporcionadas por el enorme cúmulo de galaxias en primer plano, permitieron este descubrimiento», explicó Larry Bradley del Space Telescope Science Institute y PI del programa de observación Webb que capturó estos datos. . «Ningún otro telescopio podría haber hecho este descubrimiento».
«La sorpresa y el asombro fueron increíbles cuando abrimos las imágenes de Webb por primera vez», añadió Adamo. «Vimos una pequeña cadena de puntos brillantes, reflejados de un lado a otro; estas gemas cósmicas son cúmulos de estrellas. Sin Webb no hubiéramos sabido que estábamos observando cúmulos de estrellas en una galaxia tan joven».
En nuestra Vía Láctea vemos antiguos cúmulos globulares de estrellas unidos por la gravedad y que han sobrevivido durante miles de millones de años. Se trata de antiguas reliquias de una intensa formación estelar en el universo temprano, pero no se comprende bien dónde y cuándo se formaron estos cúmulos. La detección de cúmulos de estrellas jóvenes y masivos en el arco de Cosmic Gems nos proporciona una excelente visión de las primeras etapas de un proceso que puede continuar hasta formar cúmulos globulares.
Los cúmulos recién detectados en el arco son masivos, densos y están ubicados en una región muy pequeña de su galaxia, pero también aportan la mayor parte de la luz ultravioleta proveniente de su galaxia anfitriona. Los cúmulos son significativamente más densos que los cúmulos de estrellas cercanos. Este descubrimiento ayudará a los científicos a comprender mejor cómo las galaxias jóvenes formaron sus estrellas y dónde se formaron los cúmulos globulares.
El equipo señala que este descubrimiento conecta una variedad de campos científicos.
«Estos resultados proporcionan evidencia directa que indica que se formaron cúmulos protoglobulares en galaxias débiles durante la era de reionización, lo que contribuye a nuestra comprensión de cómo estas galaxias lograron reionizar el universo», explicó Adamo.
«Este descubrimiento también impone importantes limitaciones a la formación de cúmulos globulares y a sus propiedades iniciales. Por ejemplo, las altas densidades estelares encontradas en los cúmulos nos proporcionan la primera indicación de los procesos que tienen lugar en su interior, proporcionando nuevos conocimientos sobre las posibles formación de estrellas muy masivas y semillas de agujeros negros, ambos importantes para la evolución de las galaxias».
En el futuro, el equipo espera construir una muestra de galaxias para las que se puedan alcanzar resoluciones similares.
«Estoy seguro de que hay otros sistemas como este esperando ser descubiertos en el universo primitivo, lo que nos permitirá mejorar nuestra comprensión de las galaxias primitivas», dijo Eros Vanzella del Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales del INAF de Bolonia (OEA), Italia. uno de los principales contribuyentes al trabajo.
Mientras tanto, el equipo se está preparando para realizar más observaciones y espectroscopia con Webb.
«Planeamos estudiar esta galaxia con los instrumentos NIRSpec y MIRI de Webb en el ciclo 3», añadió Bradley. «Las observaciones NIRSpec nos permitirán confirmar el corrimiento al rojo de la galaxia y estudiar la emisión ultravioleta de los cúmulos estelares, que se utilizará para estudiar sus propiedades físicas con más detalle. Las observaciones MIRI nos permitirán estudiar las propiedades de las estrellas ionizadas. Las observaciones espectroscópicas también nos permitirán mapear espacialmente la tasa de formación de estrellas».
Con información de Nature
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