Un equipo internacional liderado por la UNIGE demuestra que las galaxias rojas y muertas se pueden encontrar tan solo 700 millones de años después del Big Bang, lo que indica que las galaxias dejan de formar estrellas antes de lo previsto por los modelos.
Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que solo las galaxias con formación estelar activa debían observarse en el universo primitivo. El telescopio espacial James Webb revela ahora que las galaxias dejaron de formar estrellas antes de lo esperado.
Un descubrimiento reciente de un equipo internacional, liderado por astrónomos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), profundiza la tensión entre los modelos teóricos de la evolución cósmica y las observaciones reales. Entre cientos de espectros obtenidos con el programa RUBIES del Webb, el equipo ha descubierto una galaxia sin precedentes que ya había dejado de formar estrellas durante una época en la que las galaxias normalmente crecen muy rápidamente. El estudio se publica en The Astrophysical Journal.
En el universo primitivo, una galaxia típica acrecienta gas del medio intergaláctico circundante y lo convierte en estrellas. Este proceso aumenta su masa, lo que conduce a una acreción de gas aún más eficiente y a una formación estelar acelerada. Sin embargo, las galaxias no crecen indefinidamente, debido a un proceso que los astrónomos denominan «extinción».
En el universo local, aproximadamente la mitad de las galaxias observadas han dejado de formar estrellas: se han extinguido y dejado de crecer. Los astrónomos las denominan galaxias quiescentes, extinguidas o «rojas y muertas». Su color rojo se debe a que ya no contienen estrellas azules jóvenes y brillantes; solo quedan estrellas rojas más viejas y pequeñas.
Una proporción particularmente alta de galaxias quiescentes se encuentra entre las galaxias masivas, que a menudo presentan morfologías elípticas. Normalmente, la formación de estas galaxias rojas y muertas tarda mucho tiempo, ya que primero deben formar una gran cantidad de estrellas antes de que el proceso de formación estelar se detenga definitivamente. La causa real de la extinción estelar en las galaxias sigue siendo un gran misterio.
«Encontrar los primeros ejemplos de galaxias masivas quiescentes (GQM) en el universo primitivo es crucial, ya que arroja luz sobre sus posibles mecanismos de formación», afirma Pascal Oesch, profesor asociado del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y coautor del artículo. Por ello, la búsqueda de estos sistemas ha sido un objetivo fundamental de los astrónomos durante años.
Observaciones que contradicen las expectativas teóricas
Gracias a los avances tecnológicos, en particular la espectroscopia de infrarrojo cercano, los astrónomos han confirmado la existencia de galaxias masivas quiescentes (GQM) en épocas cósmicas cada vez más tempranas. Su abundancia inferida ha sido difícil de conciliar con los modelos teóricos de formación de galaxias, que predicen que estos sistemas deberían tardar más en formarse.
Con el telescopio espacial James Webb (JWST), esta tensión se ha ampliado hasta un desplazamiento al rojo de 5 (1200 millones de años después del Big Bang), donde se han confirmado varias GQM en los últimos años. El nuevo estudio, dirigido por la UNIGE, revela que estas galaxias se formaron incluso antes y con mayor rapidez de lo que se creía.
En el Ciclo 2 del JWST, el programa de área extensa RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey), uno de los mayores programas europeos de investigación extragaláctica que utiliza el instrumento NIRSpec, ha obtenido observaciones espectroscópicas de varios miles de galaxias, incluyendo cientos de fuentes recién descubiertas a partir de datos de imágenes tempranas del JWST.
Una galaxia «muerta» que ostenta un récord
Entre estos nuevos espectros, los científicos identificaron la MQG más distante encontrada hasta la fecha, con un corrimiento al rojo espectroscópico de 7,29, tan solo unos 700 millones de años después del Big Bang. El espectro NIRSpec/PRISM revela una población estelar sorprendentemente antigua en un universo tan joven. El modelado detallado del espectro y los datos de imágenes muestran que la galaxia formó una masa estelar de más de 10 000 millones de masas solares en los primeros 600 millones de años tras el Big Bang, antes de cesar rápidamente la formación estelar, lo que confirma su naturaleza inactiva.
«El descubrimiento de esta galaxia, denominada RUBIES-UDS-QG-z7, implica que las galaxias masivas inactivas en los primeros mil millones de años del universo son más de 100 veces más abundantes de lo que cualquier modelo predijo hasta la fecha», afirma Andrea Weibel, estudiante de doctorado del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del artículo.
Esto, a su vez, sugiere que factores clave en los modelos teóricos (p. ej., los efectos de los vientos estelares y la intensidad de los flujos de salida impulsados por la formación estelar y los agujeros negros masivos) podrían requerir una revisión. Las galaxias murieron mucho antes de lo que estos modelos pueden predecir.
Información sobre los núcleos de las galaxias gigantes
Finalmente, el pequeño tamaño físico de RUBIES-UDS-QG-z7, medido a tan solo ~650 años luz, implica una alta densidad de masa estelar comparable a las densidades centrales más altas observadas en galaxias inactivas con corrimientos al rojo ligeramente menores (z ~2–5). Es probable que estas galaxias evolucionen hacia los núcleos de las galaxias elípticas más antiguas y masivas del universo local.
«El descubrimiento de RUBIES-UDS-QG-z7 proporciona la primera evidencia sólida de que los centros de algunas elípticas masivas cercanas podrían haber estado presentes desde los primeros cientos de millones de años del universo», concluye Anna de Graaff, investigadora principal del programa RUBIES, investigadora postdoctoral en el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg y segunda autora del artículo.
Con información de The Astrophysical Journal
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