Los astrónomos han utilizado el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA/ESA para observar el crecimiento «de adentro hacia afuera» de una galaxia en el universo primitivo, sólo 700 millones de años después del Big Bang.
Esta galaxia es cien veces más pequeña que la Vía Láctea, pero es sorprendentemente madura para una época tan temprana del universo. Como una gran ciudad, esta galaxia tiene una densa colección de estrellas en su núcleo, pero se vuelve menos densa en los «suburbios» galácticos. Y como una gran ciudad, esta galaxia está empezando a expandirse, con una formación estelar que se acelera en las afueras.
Esta es la detección más temprana de crecimiento galáctico de adentro hacia afuera. Hasta Webb, no había sido posible estudiar el crecimiento de galaxias tan temprano en la historia del universo.
Aunque las imágenes obtenidas con Webb representan una instantánea en el tiempo, los investigadores, dirigidos por la Universidad de Cambridge, dicen que estudiar galaxias similares podría ayudarnos a entender cómo se transforman de nubes de gas a las estructuras complejas que observamos hoy. Los resultados se publican en la revista Nature Astronomy.
«La cuestión de cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico es importante en astrofísica», dijo el coautor principal, el Dr. Sandro Tacchella del Laboratorio Cavendish de Cambridge.
«Hemos tenido muchos datos excelentes de los últimos diez millones de años y de las galaxias en nuestro rincón del universo, pero ahora con Webb, podemos obtener datos de observación de miles de millones de años atrás en el tiempo, investigando los primeros mil millones de años de historia cósmica, lo que abre todo tipo de nuevas preguntas».
Las galaxias que observamos hoy crecen a través de dos mecanismos principales: o bien atraen o acumulan gas para formar nuevas estrellas, o bien crecen fusionándose con galaxias más pequeñas. Si funcionaron diferentes mecanismos en el universo primitivo es una pregunta abierta que los astrónomos esperan abordar con Webb.
«Se espera que las galaxias comiencen siendo pequeñas a medida que las nubes de gas colapsan bajo su propia gravedad, formando núcleos muy densos de estrellas y posiblemente agujeros negros», dijo Tacchella.
«A medida que la galaxia crece y aumenta la formación de estrellas, es como un patinador artístico que gira: a medida que el patinador retrae sus brazos, estos ganan impulso y giran cada vez más rápido. Las galaxias son algo similar, con gas que se acumula más tarde desde distancias cada vez mayores y hace girar la galaxia, por lo que a menudo adoptan formas espirales o de disco».
Esta galaxia, observada como parte de la colaboración JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), está formando estrellas activamente en el universo primitivo. Tiene un núcleo muy denso que, a pesar de su edad relativamente joven, tiene una densidad similar a la de las galaxias elípticas masivas actuales, que tienen 1.000 veces más estrellas. La mayor parte de la formación estelar se produce más lejos del núcleo, con un «cúmulo» de formación estelar aún más lejos.
La actividad de formación estelar está aumentando con fuerza hacia las afueras, a medida que la formación estelar se extiende y la galaxia crece en tamaño. Este tipo de crecimiento había sido predicho por los modelos teóricos, pero con Webb, ahora es posible observarlo.
«Una de las muchas razones por las que Webb es tan transformador para nosotros como astrónomos es que ahora podemos observar lo que se había predicho previamente a través de modelos», dijo el coautor William Baker, estudiante de doctorado en Cavendish. «Es como poder revisar tu tarea».
Utilizando el Webb, los investigadores extrajeron información de la luz emitida por la galaxia en diferentes longitudes de onda, que luego utilizaron para estimar el número de estrellas más jóvenes en comparación con las estrellas más viejas, lo que se convierte en una estimación de la masa estelar y la tasa de formación estelar.
Debido a que la galaxia es tan compacta, las imágenes individuales de la galaxia fueron «modeladas hacia adelante» para tener en cuenta los efectos instrumentales. Al utilizar el modelado de la población estelar que incluye prescripciones para la emisión de gas y la absorción de polvo, los investigadores encontraron estrellas más viejas en el núcleo, mientras que el componente del disco circundante está experimentando una formación estelar muy activa.
Esta galaxia duplica su masa estelar en las afueras aproximadamente cada 10 millones de años, lo que es muy rápido: la Vía Láctea duplica su masa solo cada 10 mil millones de años.
La densidad del núcleo galáctico, así como la alta tasa de formación estelar, sugieren que esta joven galaxia es rica en el gas que necesita para formar nuevas estrellas, lo que puede reflejar diferentes condiciones en el universo primitivo.
«Por supuesto, se trata de una sola galaxia, por lo que necesitamos saber qué hacían otras galaxias en ese momento», dijo Tacchella.
«¿Todas las galaxias eran como ésta? Ahora estamos analizando datos similares de otras galaxias. Al observar diferentes galaxias a lo largo del tiempo cósmico, tal vez podamos reconstruir el ciclo de crecimiento y demostrar cómo crecen las galaxias hasta alcanzar su tamaño final actual».
Con información de Nature
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