Descubren la primera galaxia en formación activa, tan ligera como nuestra joven Vía Láctea

“No pensé que sería posible dividir una galaxia que existió tan temprano en el Universo en tantos componentes distintos, y mucho menos descubrir que su masa es similar a la de nuestra propia galaxia cuando estaba en proceso de formación”, dijo Lamiya Mowla, coautora principal del artículo y profesora adjunta en el Wellesley College en Massachusetts. “Hay tantas cosas sucediendo dentro de esta diminuta galaxia, incluidas tantas fases diferentes de formación estelar”.

Webb pudo obtener imágenes de la galaxia con suficiente detalle por dos razones. Una es un beneficio del cosmos: un cúmulo masivo de galaxias en primer plano mejoró radicalmente la apariencia de la galaxia distante a través de un efecto natural conocido como lente gravitacional. Y cuando se combinó con la especialización del telescopio en imágenes de alta resolución de luz infrarroja, Webb proporcionó nuevos datos sin precedentes sobre el contenido de la galaxia.

“Sin el beneficio de esta lente gravitacional, no seríamos capaces de distinguir esta galaxia”, dijo Kartheik Iyer, coautor principal y miembro del programa Hubble de la NASA en la Universidad de Columbia en Nueva York. “Sabíamos que lo esperábamos basándonos en la física actual, pero es sorprendente que realmente lo hayamos visto”.

Mowla, que vio la galaxia en una imagen captada por Webb, se sintió atraída por sus brillantes cúmulos estelares, porque los objetos que brillan suelen indicar que son extremadamente grumosos y complejos. Como la galaxia parece un «destello» o enjambre de luciérnagas en una cálida noche de verano, la llamaron galaxia del destello de las luciérnagas.

Reconstruyendo la apariencia de la galaxia

#

El equipo de investigación modeló el aspecto que podría haber tenido la galaxia si su imagen no se hubiera estirado por la lente gravitacional y descubrió que se parecía a una gota de lluvia alargada. Suspendidos en su interior hay dos cúmulos estelares hacia la parte superior y ocho hacia la parte inferior. “Nuestra reconstrucción muestra que los cúmulos de estrellas en formación activa están rodeados por la luz difusa de otras estrellas no resueltas”, dijo Iyer. “Esta galaxia está literalmente en proceso de ensamblado”.

Como lector, pensaba en ambos lados de la balanza. Con la tecnología actual sólo podemos observar lo que ocurrió muchos millones de años en el pasado. Y es increíble, porque, por caso el Telescopio Webb, hizo una captura, información que los científicos nos traducen en las imágenes que reflejan los enormes ilustradores vinculados a las agencias espaciales, las universidades. Y como este pensamiento ya fluyó, ya es pasado mientras lo escribo, en el Universo quedó registrado el momento para que lo viéramos. Queda todo registrado por, y en el Universo.

Los datos de Webb muestran que la galaxia Firefly Sparkle es más bien pequeña, por lo que entra en la categoría de galaxias de masa baja. Pasarán miles de millones de años antes de que alcance su tamaño completo y una forma distintiva. “La mayoría de las otras galaxias que Webb nos ha mostrado no están ampliadas ni estiradas, y no podemos ver sus ‘bloques de construcción’ por separado. Con Firefly Sparkle, estamos presenciando una galaxia que se ensambla ladrillo a ladrillo”, dijo Mowla.

Estirada y brillante, lista para un minucioso análisis

#

Como la imagen de la galaxia está deformada en un arco largo, los investigadores identificaron fácilmente 10 cúmulos estelares distintos, que emiten la mayor parte de la luz de la galaxia. Están representados aquí en tonos de rosa, violeta y azul. Esos colores en las imágenes del Webb y sus espectros complementarios confirmaron que la formación de estrellas no ocurrió de una sola vez en esta galaxia, sino que fue escalonada en el tiempo.

“Esta galaxia tiene una población diversa de cúmulos estelares, y es notable que podamos verlos por separado a una edad tan temprana del Universo”, dijo Chris Willott del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, coautor e investigador principal del programa de observación. “Cada cúmulo de estrellas está atravesando una fase diferente de formación o evolución”.

La forma proyectada de la galaxia muestra que sus estrellas no se han asentado en un bulbo central o un disco delgado y aplanado, otra evidencia de que la galaxia todavía se está formando.

Compañeras brillantes

#

Los investigadores no pueden predecir cómo se formará y qué forma tomará esta galaxia desorganizada a lo largo de miles de millones de años, pero hay dos galaxias que el equipo confirmó que están “colocadas” dentro de un perímetro estrecho y que pueden influir en cómo acumula masa a lo largo de miles de millones de años.

Firefly Sparkle se encuentra a tan sólo 6.500 años luz de su primera compañera, y su segunda compañera está separada por 42.000 años luz. Para ponerlo en contexto, la Vía Láctea completamente formada tiene unos 100 000 años luz de diámetro, por lo que las tres estrellas cabrían en su interior. Sus compañeras no sólo están muy cerca, sino que los investigadores también creen que orbitan una alrededor de la otra.

Cada vez que una galaxia pasa por delante de otra, el gas se condensa y se enfría, lo que permite que se formen nuevas estrellas en grupos, aumentando así la masa de las galaxias. “Hace tiempo que se predice que las galaxias del universo primitivo se forman a través de sucesivas interacciones y fusiones con otras galaxias más pequeñas”, afirmó Yoshihisa Asada, coautor y estudiante de doctorado de la Universidad de Kioto (Japón). “Podríamos estar presenciando este proceso en acción”.

“Esta es solo la primera de muchas galaxias similares que descubrirá el JWST, ya que apenas estamos empezando a utilizar estos microscopios cósmicos”, añadió Maruša Bradač, miembro del equipo de la Universidad de Ljubljana en Eslovenia. “Al igual que los microscopios nos permiten ver los granos de polen de las plantas, la increíble resolución del Webb y el poder de aumento de las lentes gravitacionales nos permiten ver los pequeños fragmentos dentro de las galaxias. Nuestro equipo ahora está analizando todas las galaxias tempranas y los resultados apuntan todos en la misma dirección: todavía tenemos que aprender mucho más sobre cómo se formaron esas galaxias tempranas”.

La investigación del equipo se basó en datos del CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey del Webb, que incluyen imágenes en infrarrojo cercano de NIRCam (Near-InfraRed Camera) y espectros del conjunto de microobturadores a bordo del NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Los datos de CANUCS cubrieron intencionalmente un campo que el telescopio espacial Hubble de la NASA fotografió como parte de su sondeo Cluster Lensing And Supernova con el programa Hubble.

English version

#

“I didn’t think it would be possible to resolve a galaxy that existed so early in the Universe into so many distinct components, let alone find that its mass is similar to our own galaxy’s when it was in the process of forming,” said Lamiya Mowla, co-lead author of the paper and an assistant professor at Wellesley College in Massachusetts. “There is so much going on inside this tiny galaxy, including so many different phases of star formation.”

Webb was able to image the galaxy in sufficient detail for two reasons. One is a benefit of the cosmos: a massive foreground galaxy cluster radically enhanced the distant galaxy’s appearance through a natural effect known as gravitational lensing. And when combined with the telescope’s specialisation in high-resolution imaging of infrared light, Webb delivered unprecedented new data about the galaxy’s contents.

“Without the benefit of this gravitational lens, we would not be able to resolve this galaxy,” said Kartheik Iyer, co-lead author and NASA Hubble Fellow at Columbia University in New York. “We knew to expect it based on current physics, but it’s surprising that we actually saw it.”

Reconstructing the galaxy’s appearance

#

The research team modelled what the galaxy might have looked like if its image weren’t stretched by gravitational lensing and discovered that it resembled an elongated raindrop. Suspended within it are two star clusters toward the top and eight toward the bottom. “Our reconstruction shows that clumps of actively forming stars are surrounded by diffuse light from other unresolved stars,” said Iyer. “This galaxy is literally in the process of assembling.”

Webb’s data show the Firefly Sparkle galaxy is on the smaller side, falling into the category of a low-mass galaxy. Billions of years will pass before it builds its full heft and a distinct shape. “Most of the other galaxies Webb has shown us aren’t magnified or stretched, and we are not able to see their ‘building blocks’ separately. With Firefly Sparkle, we are witnessing a galaxy being assembled brick by brick,” Mowla said.

Stretched out and shining, ready for close analysis

#

Since the image of the galaxy is warped into a long arc, the researchers easily picked out 10 distinct star clusters, which are emitting the bulk of the galaxy’s light. They are represented in shades of pink, purple, and blue. Those colours in Webb’s images and its supporting spectra confirmed that star formation didn’t happen all at once in this galaxy, but was staggered in time.

“This galaxy has a diverse population of star clusters, and it is remarkable that we can see them separately at such an early age of the Universe,” said Chris Willott of the National Research Council Canada, a co-author and the observation programme’s principal investigator. “Each clump of stars is undergoing a different phase of formation or evolution.”

The galaxy’s projected shape shows that its stars haven’t settled into a central bulge or a thin, flattened disc, another piece of evidence that the galaxy is still forming.

‘Glowing’ companions

#

Researchers can’t predict how this disorganised galaxy will build up and take shape over billions of years, but there are two galaxies that the team confirmed are ‘hanging out’ within a tight perimeter and may influence how it builds mass over billions of years.

Firefly Sparkle is only 6500 light-years away from its first companion, and its second companion is separated by 42 000 light-years. For context, the fully formed Milky Way is about 100.000 light-years across — all three would fit inside it. Not only are its companions very close, the researchers also think that they are orbiting one another.

Each time one galaxy passes another, gas condenses and cools, allowing new stars to form in clumps, adding to the galaxies’ masses. “It has long been predicted that galaxies in the early Universe form through successive interactions and mergers with other tinier galaxies,” said Yoshihisa Asada, a co-author and doctoral student at Kyoto University in Japan. “We might be witnessing this process in action.”

“This is just the first of many such galaxies JWST will discover, as we are only starting to use these cosmic microscopes”, added team member Maruša Bradač of the University of Ljubljana in Slovenia. “Just like microscopes let us see pollen grains from plants, the incredible resolution of Webb and the magnifying power of gravitational lensing let us see the small pieces inside galaxies. Our team is now analysing all early galaxies, and the results are all pointing in the same direction: we have yet to learn much more about how those early galaxies formed.”

The team’s research relied on data from Webb’s CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey, which include near-infrared images from NIRCam (Near-InfraRed Camera) and spectra from the microshutter array aboard NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). The CANUCS data intentionally covered a field that NASA’s Hubble Space Telescope imaged as part of its Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble programme.