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Astrónomos perturbados por la inesperada escala de las galaxias de James Webb



James Webb frente al cúmulo de galaxias SMACS 0723, el primer campo de galaxias revelado por el telescopio. Los primeros resultados del telescopio espacial James Webb han revelado galaxias tempranas asombrosamente grandes que desafían los modelos cósmicos actuales. Crédito: NASA, ESA, ASC, STScI

Los primeros resultados de la[{» attribute=»»>James Webb Space Telescope have hinted at galaxies so early and so massive that they are in tension with our understanding of the formation of structure in the Universe. Various explanations have been proposed that may alleviate this tension. But now a new study from the Cosmic Dawn Center suggests an effect that has never before been studied at such early epochs, indicating that the galaxies may be even more massive.

If you have been following the first results from the James Webb Space Telescope, you have probably heard about the paramount issue with the observations of the earliest galaxies:

They are too big.

From a few days after the release of the first images, and repeatedly through the coming months, new reports of ever-more distant galaxies appeared. Disturbingly, several of the galaxies seemed to be “too massive.”

From our currently accepted concordance model of the structure and evolution of the Universe, the so-called ΛCDM model, they simply shouldn’t have had the time to form so many stars.

Although ΛCDM is not a holy indestructible grail, there are many reasons to wait before claiming a paradigm shift: The measured epochs at which we see the galaxies could be underestimated.

Their stellar masses could be overestimated. Or we could just have been lucky and somehow discovered the most massive of the galaxies at that time.

A closer look

But now Clara Giménez Arteaga, Ph.D. student at the Cosmic Dawn Center, proposes an effect that could further increase the tension:

In essence, a galaxy’s stellar mass is estimated by measuring the amount of light emitted by the galaxy, and calculating how many stars are needed to emit this amount. The usual approach is to consider the combined light from the whole galaxy.

However, taking a closer look at a sample of five galaxies, observed with James Webb, Giménez Arteaga found that if the galaxy is regarded not as one big blob of stars, but as an entity build up of multiple clumps, a different picture emerges.

Galaxy Cluster SMACS 0723 Surroundings

Galaxy cluster SMACS This image of galaxy cluster SMACS 0723 and its surroundings was the first image released from the James Webb Space Telescope in July 2023. The five zoom-ins are each roughly 19,000 lightyears across, and show galaxies seen some 13 billion years back in time. Careful analysis of these galaxies reveals that if we cannot resolve a galaxy, we may severely underestimate the total mass of its stars. Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI / Giménez-Arteaga et al. (2023), Peter Laursen (Cosmic Dawn Center).

“We used the standard procedure to calculate stellar masses from the images that James Webb has taken, but on a pixel-by-pixel basis rather than looking at the whole galaxy,” describes Giménez Arteaga.

“In principle, one might expect the results to be the same: Adding the light from all pixels and finding the total stellar mass, versus calculating the mass of each pixel and adding all individual stellar masses. But they’re not.”

In fact, the inferred stellar masses now turned out to be up to ten times larger.

The figure below shows the five galaxies with their stellar masses determined by both ways. If the two different approaches agreed, all galaxies would lie along the slanted line named “The same.” But they all lie above this line.


So what is the reason that the stellar masses turn out to be so much larger?

Giménez Arteaga explains: “Stellar populations are a mixture of small and faint stars on one hand, and bright, massive stars on the other hand. If we just look at the combined light, the bright stars will tend to completely outshine the faint stars, leaving them unnoticed. Our analysis shows that bright, star-forming clumps may dominate the total light, but the bulk of the mass is found in smaller stars.”

Stellar mass is one of the main properties used to characterize a galaxy, and Giménez-Arteaga’s result highlights the importance of being able to resolve the galaxies.

But for the most distant and faint ones, this is not always possible. The effect has been studied before, but only at much later epochs in the history of the Universe.

The next step is therefore to look for signatures that does not require the high resolution, and which correlate with the “true” stellar mass.

“Other studies at much later epochs have also found this discrepancy. If we can determine how common and severe the effect is at earlier epochs, and quantify it, we will be closer to inferring robust stellar masses of distant galaxies, which is one of the main current challenges of studying galaxies in the early Universe,” concludes Clara Giménez Arteaga.

The study has just been published in the Astrophysical Journal.

Reference: “Spatially Resolved Properties of Galaxies at 5 < z < 9 in the SMACS 0723 JWST ERO Field” by Clara Giménez-Arteaga, Pascal A. Oesch, Gabriel B. Brammer, Francesco Valentino, Charlotte A. Mason, Andrea Weibel, Laia Barrufet, Seiji Fujimoto, Kasper E. Heintz, Erica J. Nelson, Victoria B. Strait, Katherine A. Suess and Justus Gibson, 16 May 2023, Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/acc5ea

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Todo en el universo está destinado a evaporarse: la teoría de la radiación de Hawking no se limita a los agujeros negros



Un equipo de investigadores confirmó la predicción de Stephen Hawking de la evaporación del agujero negro a través de la radiación de Hawking, aunque proporcionaron una modificación crucial. Según su investigación, el horizonte de eventos (el límite más allá del cual nada puede escapar de la atracción gravitatoria de un agujero negro) no es tan importante como se creía anteriormente en la producción de la radiación de Hawking. En cambio, la gravedad y la curvatura del espacio-tiempo juegan un papel importante en este proceso. Esta idea extiende el alcance de la radiación de Hawking a todos los objetos grandes del universo, lo que implica que, durante un período lo suficientemente largo, todo el universo podría evaporarse.

La investigación muestra que Stephen Hawking tenía razón en gran medida sobre la evaporación del agujero negro a través de la radiación de Hawking. Sin embargo, el estudio señala que el horizonte de eventos no es esencial para esta radiación, y que la gravedad y la curvatura del espacio-tiempo juegan un papel importante. Los resultados sugieren que todos los objetos grandes, no solo los agujeros negros, podrían eventualmente evaporarse debido a un proceso de radiación similar.

Una nueva investigación teórica de Michael Wondrak, Walter van Suijlekom y Heino Falcke de la Universidad de Radboud ha demostrado que Stephen Hawking tenía razón sobre los agujeros negros, pero no del todo. Debido a la radiación de Hawking, los agujeros negros eventualmente se evaporarán, pero el horizonte de eventos no es tan crucial como se creía. La gravedad y la curvatura del espacio-tiempo también provocan esta radiación. Esto significa que todos los objetos grandes del universo, como los restos de estrellas, eventualmente se evaporarán.

Usando una inteligente combinación de física cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein, Stephen Hawking argumentó que la creación y aniquilación espontánea de pares de partículas debe ocurrir cerca del horizonte de eventos (el punto más allá del cual no hay escape de la fuerza gravitacional de un[{» attribute=»»>black hole). A particle and its anti-particle are created very briefly from the quantum field, after which they immediately annihilate. But sometimes a particle falls into the black hole, and then the other particle can escape: Hawking radiation. According to Hawking, this would eventually result in the evaporation of black holes.

Gravitational Particle Production Mechanism in a Schwarzschild Spacetime

Schematic of the presented gravitational particle production mechanism in a Schwarzschild spacetime. The particle production event rate is highest at small distances, whereas the escape probability [represented by the increasing escape cone (white)] es más alto a larga distancia. Crédito: Cartas de examen físico


En este nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Radboud revisaron este proceso e investigaron si la presencia de un horizonte de eventos es realmente crucial. Combinaron técnicas de la física, la astronomía y las matemáticas para examinar qué sucede si se crean tales pares de partículas en el entorno de los agujeros negros. El estudio mostró que también se pueden crear nuevas partículas mucho más allá de este horizonte. Michael Wondrak: «Demostramos que además de la conocida radiación de Hawking, también existe una nueva forma de radiación».

todo se evapora

Van Suijlekom: “Mostramos que mucho más allá de un agujero negro, la curvatura del espacio-tiempo juega un papel importante en la creación de radiación. Las partículas allí ya están separadas por las fuerzas de marea del campo gravitatorio. Si bien anteriormente se pensaba que no era posible la radiación sin un horizonte de eventos, este estudio muestra que un horizonte de eventos no es necesario.

Falcke: «Esto significa que los objetos sin un horizonte de eventos, como los restos de estrellas muertas y otros objetos grandes en el universo, también tienen este tipo de radiación. Y, después de mucho tiempo, esto conduciría a la evaporación de todo». en el universo, al igual que los agujeros negros Esto no solo cambia nuestra comprensión de la radiación de Hawking, sino también nuestra visión del universo y su futuro.

El estudio fue publicado el 2 de junio en DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221502

Michael Wondrak is excellence fellow at Radboud University and an expert in quantum field theory. Walter van Suijlekom is a Professor of Mathematics at Radboud University and works on the mathematical formulation of physics problems. Heino Falcke is an award-winning Professor of Radio Astronomy and Astroparticle Physics at Radboud University and known for his work on predicting and making the first picture of a black hole.

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Webb ve una gran columna de vapor de agua que sale de la luna Encelado de Saturno – Spaceflight Now



Una columna de vapor de agua del polo sur de la luna Encelado de Saturno se extiende 20 veces el tamaño de la luna misma, alimentando un vasto toroide alrededor del planeta anillado. Recuadro: Enceladus fotografiado por el orbitador Cassini. Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI y G. Villanueva (NASA Goddard Space Flight Center). Procesamiento de imágenes: A. Pagan (STScI)

Usando la sensibilidad del Telescopio Espacial James Webb, los astrónomos lograron detectar una gran columna de vapor de agua que sale del polo sur de la luna Encelado de Saturno, un chorro que se extiende casi 10,000 kilómetros (6,000 millas) y alimenta un toro detectado previamente que rodea el conjunto de planetas.

El vapor de agua de un presunto océano subterráneo debajo de la corteza helada de Encelado se ha visto antes en impresionantes imágenes recopiladas por el orbitador Cassini Saturno, pero nunca a la escala revelada por Webb. Las observaciones indican que el vapor de agua escupe a 300 litros (79 galones) por segundo.

«Cuando estaba mirando los datos, al principio pensé que debía estar equivocado», dijo Geronimo Villanueva del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, autor principal de un artículo aceptado por Nature Astronomy. «Fue tan impactante detectar una columna de agua de más de 20 veces el tamaño de la luna. La columna de agua se extiende mucho más allá de su zona de liberación en el polo sur.

Enceladus tiene solo el 4% del tamaño de la Tierra con un diámetro de alrededor de 500 kilómetros (313 millas). Se cree que alberga un océano global de agua salada intercalado entre un núcleo rocoso y una corteza exterior helada, lo que lo convierte en un objetivo principal para futuras búsquedas de vida más allá de la Tierra. El vapor de agua, las partículas de hielo y los compuestos orgánicos brotan constantemente de las grietas en el hielo cerca del polo sur de la luna.

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«La órbita de Encelado alrededor de Saturno es relativamente rápida, solo 33 horas», dijo Villanueva. «Mientras orbita Saturno, la luna y sus chorros esencialmente escupen agua, dejando un halo, casi como una rosquilla, a su paso. En las observaciones de Webb, no solo el penacho era enorme, sino que había agua absolutamente en todas partes.

El toroide de vapor de agua alimentado por un géiser de Encelado se ubica junto con el denso y más externo anillo E de Saturno. Las observaciones de Webb muestran que alrededor del 30% del agua permanece en el toro mientras que el resto escapa para abastecer al resto del sistema de Saturno.

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La «Vid del Dios del Trueno» – Un compuesto de hierbas para ayudar a combatir la artritis



La artritis reumatoide es una enfermedad autoinmune crónica que afecta principalmente a las articulaciones, causando dolor, rigidez e hinchazón. Ocurre cuando el sistema inmunitario ataca por error los propios tejidos del cuerpo, lo que provoca inflamación y daño en las articulaciones y otros órganos.

Un equipo de investigadores de la UO ha descubierto un complejo proteico que juega un papel crucial en el desarrollo de la artritis reumatoide. Además, sus hallazgos demuestran que el celastrol, el compuesto activo que se encuentra en un remedio a base de hierbas, impide de manera efectiva la progresión de la enfermedad al inhibir este complejo proteico.

Es universalmente aceptado que tener un sistema inmunológico robusto es beneficioso. Sin embargo, hay casos en que el sistema inmunológico funciona mal y comienza a atacar su propio cuerpo. Este fenómeno, conocido como autoinmunidad, es responsable de una serie de trastornos, como la artritis reumatoide, la enfermedad de Crohn, la diabetes tipo 1 y la enfermedad celíaca. Para combatir estas condiciones, es imperativo descubrir los mecanismos subyacentes que desencadenan su desarrollo.

En un estudio publicado recientemente en Ciencias Inmunología, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka se propuso llenar este vacío en nuestra comprensión. Identificaron un complejo proteico que desempeña un papel en la aceleración de la artritis reumatoide. Este complejo está formado por dos proteínas, en concreto COMMD3 y COMMD8. Además, encontraron que el celastrol, un compuesto extraído de la raíz de una planta medicinal comúnmente conocida como la «vid del trueno divino», es un inhibidor eficaz del complejo COMMD3/8.

Modelado in silico del complejo Celastrol Bound COMMD38

Modelado in silico del complejo COMMD3/8 unido a celastrol. Crédito: 2023 Shirai et al., Science Immunology

«Habíamos demostrado anteriormente que el complejo COMMD3/8 potencia la respuesta inmune humoral, pero su papel en las enfermedades autoinmunes seguía sin estar claro», explica el autor principal, Kazuhiro Suzuki. El equipo generó un modelo de ratón en el que se puede desactivar la expresión COMMD3. “La eliminación de COMMD3 conduce a la degradación de COMMD8 y, en consecuencia, a la desaparición del complejo COMMD3/8”, explica Taiichiro Shirai, autor principal del estudio.

La ausencia del complejo COMMD3/8 condujo a una respuesta inmune humoral alterada.

“La cantidad de células productoras de anticuerpos disminuyó, lo que sugiere que el complejo COMMD3/8 juega un papel importante en la respuesta autoinmune”, dice Taiichiro Shirai.

A continuación, los investigadores utilizaron un modelo de ratón con artritis reumatoide. Reprimieron la expresión de COMMD3 tan pronto como los ratones mostraron los primeros síntomas. Al hacerlo, se detuvo la progresión de la enfermedad, lo que indica que el complejo COMMD3/8 promueve la respuesta autoinmune.

Efectos de la deficiencia del complejo COMMD38 y el tratamiento con Celastrol

Efectos de la deficiencia del complejo COMMD3/8 (A) y el tratamiento con celastrol (B) sobre la progresión de la enfermedad en un modelo de ratón con artritis reumatoide. Crédito: 2023 Shirai et al., Science Immunology

«Una vez que establecimos la importancia del complejo en la autoinmunidad, nos dispusimos a identificar un compuesto que pudiera interferir con la formación del complejo», dice Kazuhiro Suzuki. «Nuestro análisis químico identificó al celastrol como el inhibidor más potente del complejo COMMD3/8».

Celastrol es un compuesto activo de Tripterygium wilfordii, una planta medicinal conocida por sus propiedades antiinflamatorias, aunque su mecanismo de acción no se conoce del todo. El estudio mostró que el celastrol se une a COMMD3 de forma covalente y previene la formación del complejo COMMD3/8, alterando así la respuesta de anticuerpos y bloqueando la progresión de la artritis reumatoide en el modelo de ratón.

Debido a que el complejo COMMD3/8 es fundamental para la patogenia de la artritis reumatoide y la progresión de la autoinmunidad en general, es un objetivo terapéutico prometedor para las enfermedades autoinmunes, y el celastrol es un líder particularmente interesante para desarrollar tratamientos para la artritis reumatoide y otras enfermedades autoinmunes. . enfermedades en el futuro.

Referencia: «Celastrol suprime las respuestas inmunitarias humorales y la autoinmunidad al actuar sobre el complejo COMMD3/8» por Taiichiro Shirai, Akiko Nakai, Emiko Ando, ​​​​Jun Fujimoto, Sarah Leach, Takao Arimori, Daisuke Higo, Floris J. van Eerden, Janyerkye Tulyeu , Yu -Chen Liu, Daisuke Okuzaki, Masanori A. Murayama, Haruhiko Miyata, Kazuto Nunomura, Bangzhong Lin, Akiyoshi Tani, Atsushi Kumanogoh, Masahito Ikawa, James B. Wing, Daron M. Standley, Junichi Takagi y Kazuhiro Suzuki, 31 de marzo , 2023, Ciencias Inmunología.
DOI: 10.1126/sciimmunol.adc9324

El estudio fue financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, la Agencia Japonesa de Investigación y Desarrollo Médico, la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología, la Fundación de Ciencias Takeda, la Fundación KANAE y Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.

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