Los astrónomos de la Universidad de Arizona han aprendido más sobre una galaxia sorprendentemente madura que existió cuando el universo tenía poco menos de 300 millones de años, apenas el 2% de su edad actual.
Observada por el telescopio espacial James Webb de la NASA, la galaxia, designada JADES-GS-z14-0, es inesperadamente brillante y químicamente compleja para un objeto de esta era primordial, dijeron los investigadores. Esto nos ofrece una visión poco común del primer capítulo del universo.
Los hallazgos, publicados en la revista Nature Astronomy, se basan en el descubrimiento anterior de los investigadores, informado en 2024, de JADES-GS-z14-0 como la galaxia más distante jamás observada. Si bien el descubrimiento inicial estableció la distancia récord de la galaxia y su brillo inesperado, esta nueva investigación profundiza en su composición química y su estado evolutivo.
El trabajo se realizó como parte del JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES, un importante programa del Telescopio Espacial James Webb diseñado para estudiar galaxias distantes.
«No se trató simplemente de toparse con algo inesperado», dijo Kevin Hainline, coautor del nuevo estudio y profesor asociado de investigación en el Observatorio Steward de la Universidad de Alberta. El estudio fue diseñado deliberadamente para encontrar galaxias distantes, pero ésta rompió los récords del equipo de maneras que no anticiparon: era intrínsecamente brillante y tenía una composición química compleja que era totalmente inesperada tan temprano en la historia del universo.
«No es sólo una pequeña joya. Es brillante y bastante extensa para la edad del universo cuando la observamos», dijo Hainline.
«El hecho de que hayamos encontrado esta galaxia en una pequeña región del cielo significa que debería haber más de estas por ahí», dijo el autor principal del estudio, Jakob Helton, investigador de posgrado en el Observatorio Steward. «Si observáramos todo el cielo, cosa que no podemos hacer con el JWST, eventualmente encontraríamos más de estos objetos extremos».
El equipo de investigación utilizó varios instrumentos a bordo del JWST, incluida la cámara de infrarrojo cercano, o NIRCam, cuya construcción fue dirigida por la profesora de astronomía de la U of A Marcia Rieke. Otro instrumento del telescopio, el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI), reveló algo extraordinario: cantidades significativas de oxígeno.
En astronomía, cualquier cosa más pesada que el helio se considera un «metal», dijo Helton. Para producir estos metales se necesitan generaciones de estrellas. El universo primitivo sólo contenía hidrógeno, helio y trazas de litio. Pero el descubrimiento de oxígeno sustancial en la galaxia JADES-GS-z14-0 sugiere que la galaxia había estado formando estrellas durante potencialmente 100 millones de años antes de ser observada.
Para producir oxígeno, la galaxia debe haber comenzado muy temprano, porque habría tenido que formar una generación de estrellas, dijo George Rieke, profesor regente de astronomía y autor principal del estudio. Esas estrellas debieron haber evolucionado y explotado como supernovas para liberar oxígeno al espacio interestelar, a partir del cual se formarían y evolucionarían nuevas estrellas.
«Es un ciclo muy complicado conseguir tanto oxígeno como el que tiene esta galaxia. Es realmente asombroso», dijo Rieke.
El hallazgo sugiere que la formación de estrellas comenzó incluso antes de lo que los científicos creían, lo que retrasa la línea de tiempo de cuándo podrían haberse formado las primeras galaxias después del Big Bang.
La observación requirió aproximadamente nueve días de tiempo de telescopio, incluidas 167 horas de imágenes NIRCam y 43 horas de imágenes MIRI, enfocadas en una porción increíblemente pequeña del cielo.
Los astrónomos de la U of A tuvieron suerte de que esta galaxia estuviera situada en el lugar perfecto para poder observarla con MIRI. Si hubieran apuntado el telescopio sólo una fracción de grado en cualquier dirección, habrían perdido estos datos cruciales del infrarrojo medio, dijo Helton.
«Imagínese un grano de arena al final de su brazo. Verá lo grande que es en el cielo, así de grande era cuando lo vimos», dijo Helton.
La existencia de una galaxia desarrollada tan temprano en la historia cósmica sirve como un poderoso caso de prueba para los modelos teóricos de formación de galaxias.
«Nuestra participación aquí es el resultado de que la U de A ha sido líder en astronomía infrarroja desde mediados de los años 60, cuando comenzó. Tuvimos el primer grupo importante de astronomía infrarroja en el laboratorio lunar y planetario, con Gerard Kuiper, Frank Low y Harold Johnson», dijo Rieke.
A medida que los humanos adquieren la capacidad de observar y comprender directamente las galaxias que existieron durante la infancia del universo, pueden obtener conocimientos cruciales sobre cómo el universo evolucionó desde elementos simples hasta la química compleja necesaria para la vida tal como la conocemos.
«Estamos en un momento increíble en la historia de la astronomía», dijo Hainline. «Somos capaces de comprender galaxias que van mucho más allá de todo lo que los humanos hayan descubierto jamás, verlas de muchas maneras diferentes y comprenderlas realmente. Eso es realmente mágico».
Con información de Nature
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