Webb descubre la nueva galaxia más lejana asólo 280 millones de años después del Big Bang

El JWST lo ha vuelto a hacer. El potente telescopio espacial ya ha revelado la presencia de galaxias brillantes tan solo varios cientos de millones de años después del Big Bang. Ahora, ha detectado luz de una galaxia tan solo 280 millones de años después del Big Bang, la galaxia más distante jamás detectada.

Antes del JWST, no existían telescopios infrarrojos con espejos lo suficientemente grandes como para detectar la luz de las galaxias primitivas. El Hubble puede ver luz infrarroja cercana, pero solo tiene un espejo de 2,4 metros. Encontró solo una galaxia de los 500 millones de años del universo. El Telescopio Espacial Spitzer era un telescopio infrarrojo dedicado, pero solo tenía un espejo de 85 cm. El JWST no solo cuenta con un espejo mucho más grande, sino que la tecnología de detección ha avanzado tanto que el velo que oscurece el universo primitivo se está desvelando galaxia tras galaxia.

Uno de los principales temas científicos del JWST es el Ensamblaje de Galaxias. Necesitamos observar las galaxias más antiguas del universo para comprender cómo se forman y evolucionan. A las pocas semanas de iniciar las observaciones, el telescopio detectó una gran cantidad de galaxias brillantes con corrimientos al rojo superiores a z=10. «Esta población inesperada ha electrizado a la comunidad y ha planteado preguntas fundamentales sobre la formación de galaxias en los primeros ≈ 500 millones de años», escriben los autores de un nuevo artículo.

El JWST ha ampliado constantemente nuestro horizonte de observación, y esta nueva detección muestra que podría no haber alcanzado aún su límite.

La galaxia recién descubierta se denomina MoM-z14 y proviene del sondeo Mirage o Miracle. Este sondeo espectroscópico está diseñado para confirmar galaxias candidatas con alto corrimiento al rojo, y z14 se refiere al corrimiento al rojo de la galaxia. Este hallazgo es sorprendente, ya que los astrónomos esperaban encontrar muy pocas galaxias con un corrimiento al rojo tan alto.

El descubrimiento se presenta en un nuevo artículo titulado «Un milagro cósmico: Una galaxia notablemente luminosa con zspec = 14,44 confirmada con el JWST». El autor principal es Rohan Naidu, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. El artículo se envió a la revista Open Journal of Astrophysics y está disponible en el servidor de preimpresiones de arXiv.

«El JWST ha revelado una impresionante población de galaxias brillantes en épocas sorprendentemente tempranas, z > 10, donde se esperaban pocas fuentes de este tipo», escriben los autores. Con un corrimiento al rojo de z = 14,4, esta galaxia «expande la frontera observacional a tan solo 280 millones de años después del Big Bang». Señalan que el JWST ha encontrado muchas más galaxias brillantes entre z = 14 y 15 de lo que el consenso mostraba antes de su lanzamiento.

Este estudio no es una simple curiosidad. El examen espectroscópico reveló resultados interesantes relacionados con el tema «Ensamblaje de Galaxias» del JWST.

Las observaciones muestran que la mayor parte de la luz de la galaxia proviene de estrellas, no de un núcleo galáctico activo (AGN). Los AGN son los núcleos brillantes de las galaxias, alimentados por agujeros negros supermasivos que acrecientan materia. Por lo tanto, es probable que MoM-z14 albergue algunas estrellas supermasivas luminosas, algo que la teoría predijo sobre el universo primitivo.

La proporción nitrógeno-carbono de la galaxia es mayor que la observada en el Sol. Su composición química se asemeja a la de antiguos cúmulos globulares adheridos a la Vía Láctea. Esto significa que las estrellas de la galaxia y las de los cúmulos globulares se formaron en entornos similares, con una nucleosíntesis y una contaminación metálica similares provenientes de estrellas anteriores.

«Dado que este patrón de abundancia también es común entre las estrellas más antiguas nacidas en la Vía Láctea, podríamos estar presenciando directamente la formación de dichas estrellas en cúmulos densos, conectando la evolución galáctica a lo largo de todo el tiempo cósmico», escriben los autores.

Parece haber dos morfologías para estas antiguas y brillantes galaxias: de origen puntual y extendida. La relación entre sus morfologías y su química es otro posible vínculo en la evolución galáctica. «Además, como observaron Harikane et al. (2024b), estas diferencias morfológicas se reflejan en los patrones de abundancia química, lo que indica una conexión más profunda entre la morfología y las vías evolutivas», escriben los autores.

A medida que el JWST ha descubierto más galaxias antiguas y brillantes, se ha hecho evidente una clase de objetos que son fuertes emisores de nitrógeno, incluyendo los luminosos Pequeños Puntos Rojos. MoM-z14 podría estar entre los objetos con mayor concentración de nitrógeno que el JWST ha descubierto hasta la fecha. «Esto añade más evidencia de una bimodalidad tamaño-química en z > 10, donde las fuentes extendidas tienden a ser débiles en nitrógeno, mientras que las fuentes compactas son fuertes emisores de nitrógeno», explican los autores.

La comunidad científica espacial esperó mucho tiempo al JWST y su capacidad para observar el universo primitivo. Si bien algunos de sus hallazgos han sido sorprendentes, este estudio muestra cómo los astrónomos están encontrando conexiones entre las sorpresas reveladas en el universo primitivo y el universo moderno.

«Interpretamos MoM-z14 y los emisores de nitrógeno a través de la arqueología galáctica, conectando sus patrones de abundancia con las estrellas más antiguas nacidas en la Vía Láctea en z ≳ 4, así como con los cúmulos globulares», escriben los autores en su conclusión. El realce N, el brillo, los espectros de ionización dura, la densidad estelar, la morfología, la dependencia del corrimiento al rojo y la fracción de agujeros negros de estas fuentes podrían estar vinculados a entornos similares a cúmulos globulares, donde las colisiones descontroladas podrían producir objetos extraordinarios como estrellas supermasivas.

Si supera las repetidas amenazas de cancelación, el Telescopio Espacial Roman debería revelar cientos más de este tipo de galaxias. Un conjunto de datos más amplio siempre es deseable y ayudaría a consolidar algunos de estos hallazgos, o quizás a desvelar nuevos misterios. En cualquier caso, será un avance. Pero por ahora, el Telescopio Espacial James Webb merece ser el centro de atención por este descubrimiento.

El propio JWST parece estar preparado para impulsar una serie de grandes expansiones de la frontera cósmica; corrimientos al rojo previamente inimaginables, que se acercan a la era de las primeras estrellas, ya no parecen lejanos, concluyen los investigadores.

Con información de arXiv