Galaxias en formación alimentándose de gas frío

Table of Contents

Un equipo en Dinamarca que examinó datos de archivo del Telescopio Espacial James Webb encontró un trío de galaxias distantes que están en proceso de recolectar gas cuando el Universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años. Su detección y caracterización son logros notables de los que sólo Webb es capaz actualmente, gracias a su especialización en luz infrarroja. Los datos muestran por primera vez que grandes reservas de gas rodean estas galaxias primitivas. Ese gas eventualmente se volcará en las galaxias, impulsando la formación de nuevas estrellas y, durante millones de años, dará lugar a galaxias altamente estructuradas repletas de estrellas.

Esta ilustración muestra una galaxia en formación unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang. Los datos del Telescopio Espacial James Webb muestran que está cayendo gas frío sobre esas galaxias. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Los investigadores identificaron tres galaxias que podían estar formándose activamente cuando el Universo tenía apenas entre 400 y 600 millones de años. Los datos aportados por el Telescopio Webb muestran que las galaxias están rodeadas de gas -los investigadores sospechan que es casi exclusivamente hidrógeno y helio-, los primeros elementos que existieron en el Cosmos. Los instrumentos de Webb son tan sensibles que pudieron detectar una cantidad inusual de gas denso que rodea las galaxias. Es probable que este gas acabase impulsando la formación de nuevas estrellas en las galaxias.

“Estas galaxias son como islas brillantes en un mar de gas opaco y neutro. Sin Webb, no podríamos observar estas galaxias tan tempranas, y mucho menos aprender tanto sobre su formación”, explicó Kasper Heintz, autor principal y profesor asistente de Astrofísica en el Cosmic Dawn Center (DAWN) de la Universidad de Copenhague en Dinamarca.

“Nos estamos alejando de una imagen de las galaxias como ecosistemas aislados. En esta etapa de la historia del Universo, todas las galaxias están íntimamente conectadas al medio intergaláctico con sus filamentos y estructuras de gas prístino”, añadió Simone Nielsen, coautora y estudiante de doctorado que también trabaja en DAWN.

Los datos del Telescopio Espacial James Webb, muestran la caída de gas frío sobre las galaxias. En las imágenes, las galaxias parecen tenues manchas rojas, razón por la cual los datos adicionales, conocidos como espectro, fueron fundamentales para las conclusiones a las que llegó el equipo.

Esos espectros muestran que la luz de estas galaxias está siendo absorbida por grandes cantidades de gas hidrógeno neutro. “El gas debe estar muy extendido y cubrir una fracción muy grande de la galaxia. Esto sugiere que estamos viendo el ensamblaje de gas hidrógeno neutro en galaxias. Ese gas se enfriará, se agrupará y formará nuevas estrellas”, señaló Darach Watson, coautor y profesor de DAWN.

El Universo era un lugar muy diferente varios cientos de millones de años después del Big Bang durante un período conocido como la Era de la Reionización. El gas entre estrellas y galaxias era en gran medida opaco. El gas en todo el Universo sólo se volvió completamente transparente unos mil millones de años después del Big Bang. Las estrellas de las galaxias contribuyeron a calentar e ionizar el gas que las rodeaba, lo que hizo que finalmente el gas se volviera completamente transparente.

Al comparar los datos de Webb con los modelos de formación estelar, los investigadores también descubrieron que estas galaxias tienen principalmente poblaciones de estrellas jóvenes. “El hecho de que estemos viendo grandes reservas de gas también sugiere que las galaxias aún no habían tenido tiempo suficiente para formar la mayoría de sus estrellas”, añadió Watson.

Apenas el comienzo
#

Las agencias espaciales vinculadas a la planificación y desarrollo del Telescopio Webb aseguran que no sólo está cumpliendo los objetivos de la misión que impulsaron su desarrollo y lanzamiento, sino que los está superando. “Previo a Webb era imposible obtener imágenes y datos de estas galaxias distantes. Además, teníamos una buena idea de lo que íbamos a encontrar cuando vislumbramos los datos por primera vez: casi estábamos haciendo descubrimientos a simple vista”, explicó Gabriel Brammer, coautor y profesor asociado de DAWN.

Interrogantes
#

Quedan muchas más preguntas por responder. ¿Dónde está el gas, específicamente? ¿A qué distancia se encuentra? ¿Cerca de los centros de las galaxias, o en sus alrededores? ¿El gas es prístino o ya está poblado de elementos más pesados? Quedan por delante importantes investigaciones. “El siguiente paso es construir grandes muestras estadísticas de las galaxias y cuantificar en detalle la prevalencia y prominencia de sus características”, expresó Heintz.

Los hallazgos de los investigadores fueron posibles gracias a la [Cosmic Evolution Early Release Science Survey, CEERS]( https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/114/01GYZ71RJZ8YDS71CKF6G2F18R?news=true) de Webb, que incluye espectros de galaxias distantes del NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del telescopio, y se publicó de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte de la investigación temprana de Webb.

El paper Strong damped Lyman-α absorption in young star-forming galaxies at redshifts 9 to 11 fue publicado en Science. Sus autores son: Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Veljgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch,, Páll Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro’Uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein, Sune Toft.