Este mes, los investigadores dieron a conocer los resultados de uno de los estudios astronómicos más grandes y profundos del cielo nocturno realizado por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). El esfuerzo identificó algunas de las primeras galaxias jamás vistas, dentro de los primeros 650 millones de años después del nacimiento del Universo en el Big Bang. Y los descubrimientos han deslumbrado a los astrónomos, revelando que las estrellas y las galaxias se estaban formando y evolucionando mucho antes de lo que nadie sospechaba.

El proyecto, conocido como JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), escaneó varios parches del cielo, incluido uno en la constelación de Fornax, que se hizo famosa en 2004 después de que el Telescopio Espacial Hubble la observara durante 11 días, revelando miles de galaxias. Sin embargo, a diferencia del Hubble, JWST opera principalmente en longitudes de onda de luz infrarrojas, lo que lo hace ideal para detectar galaxias extremadamente distantes, cuya luz se estira a medida que el Universo se expande, lo que hace que parezca más roja.

La luz de las estrellas de estos objetos ha viajado distancias tan grandes que parecen ser como eran poco después del Big Bang, hace 13.800 millones de años. Los astrónomos miden la distancia utilizando un factor conocido como corrimiento al rojo: cuanto mayor es el corrimiento al rojo, más lejos está el objeto.

Antes del lanzamiento de JWST en 2021, solo se habían detectado unas pocas docenas de galaxias con corrimientos al rojo superiores a 8. JADES ha identificado 717 galaxias que probablemente se encuentren dentro de este rango.¹. Aquí, los astrónomos ayudan Naturaleza dar sentido a la avalancha de datos eligiendo algunas de sus galaxias favoritas (enumeradas de la más distante a la menos distante) y explicando lo que los objetos pueden decirnos sobre el Universo primitivo.

El poseedor del récord

Este punto rojo borroso puede no parecer gran cosa, pero es el actual poseedor del récord del objeto conocido más lejano del Universo. JWST descubrió la galaxia, conocida como JADES-GS-z13-0, a fines del año pasado, luego confirmó², gracias a estudios detallados de su luz estelar, se encuentra en un corrimiento al rojo de 13.2. Esto significa que parece que lo hizo solo 320 millones de años después del Big Bang.

La galaxia es físicamente pequeña, de unos pocos cientos de años luz de diámetro, pero está produciendo nuevas estrellas a un ritmo comparable al de la Vía Láctea actual, dice Brant Robertson, astrónomo de la Universidad de California en Santa Cruz. Es notable porque los científicos pensaron que las primeras galaxias que se formarían en el Universo se unirían lentamente a medida que las estrellas se encendieran y se fusionaran. JADES-GS-z13-0 y otros objetos similares muestran³ que las primeras galaxias fueron semilleros de formación estelar.

«Estas galaxias son los componentes básicos de la estructura del Universo», dice Kevin Hainline, astrónomo de la Universidad de Arizona en Tucson. Con JWST, agrega, «los vemos en todas partes».

El hueso de perro brillante

Los investigadores creen que este objeto con forma de hueso de perro tiene un desplazamiento al rojo de 11,3, aunque esa distancia aún no se ha confirmado. Suponiendo que este sea el caso, entonces parece que fue unos 400 millones de años después del Big Bang.

JWST encuentra más estructura en el Universo primitivo de lo que nadie esperaba: el hueso de perro parece ser la fusión de dos galaxias más pequeñas. Así, 400 millones de años después del Big Bang, el Universo ya había formado estrellas que se agruparon en galaxias, y dos de estas galaxias se juntaron.

Antes de que JWST comenzara a sondear el cielo nocturno, los científicos no habían pensado que tal acción galáctica fuera posible tan temprano en el Universo. «No esperaba ver este tipo de objetos en nuestros datos en absoluto», dice Hainline.

El que tiene (quizás) las primeras estrellas

Con un corrimiento al rojo de 10,6, esta galaxia es sorprendentemente brillante solo 430 millones de años después del Big Bang, dice Robertson. Visto por primera vez con Hubble, la galaxia, llamada GN-z11, aparece como una esfera brillante increíblemente compacta bajo la mirada de JWST.⁴. Esta luminosidad podría provenir de un agujero negro gigante en su centro, alrededor del cual el gas sobrecalentado y el polvo se envuelven en espiral.⁵.

Otras observaciones del JWST sugieren que esta galaxia contiene algunas de las primeras estrellas que se formaron en el Universo.⁶. La evidencia, en forma de bolsas químicamente inusuales de gas helio primordial alrededor de los bordes de la galaxia, es provisional.

Pero las primeras estrellas habrían estado compuestas principalmente de hidrógeno y helio, con muy pocos otros elementos químicos. Esto es exactamente lo que JWST podría haber notado en GN-z11. Si es así, cumpliría el sueño de los astrónomos de detectar estas estrellas.

el gran bulto

Esta galaxia bulbosa tiene un corrimiento al rojo de 8, lo que la coloca unos 300 millones de años después que el poseedor del récord. Sin embargo, dada la estructura de conglomerado que desarrolló, esos 300 millones de años deben haber estado llenos de acción.

Si los 13.800 millones de años de historia del Universo se comprimieran en una película de dos horas, los primeros cinco minutos, que establecen la trama de todo lo que sigue, mostrarían todas las primeras galaxias que encuentra JWST, dijo Hainline. Y esta enorme galaxia, que abarca unos 3,7 kiloparsecs (12.000 años luz), indica que el Universo fue dinámico desde el principio.

El del revés

Esta pequeña galaxia, vista como era 700 millones de años después del Big Bang, tiene más estrellas formándose alrededor de su periferia que en su centro.

«Esta es la primera vez que podemos cuantificar el crecimiento de adentro hacia afuera en una etapa tan temprana» del Universo, dice Sandro Tacchella, astrofísico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. Esto es sorprendente porque la teoría sugiere lo contrario: que las primeras galaxias deberían tener estrellas formándose más cerca de sus centros.

Esta galaxia parece haber comenzado de inmediato, formando tantas estrellas en su núcleo compacto como las grandes galaxias tienen ahora.⁷. Después de eso, pasó a formar estrellas en su periferia, que es la etapa en la que los astrónomos pueden verlo hoy.

La rosa cósmica

Esta reunión floral de galaxias muy polvorientas y muy rojas llamó la atención del equipo de JADES casi de inmediato, ganándose el sobrenombre de rosa cósmica.

“Tiene un lugar especial en el corazón del equipo”, dice Stacey Alberts, astrónoma de la Universidad de Arizona en Tucson. «Científicamente, esta es una gran demostración del avance del JWST en la comprensión de cuán rojo es el Universo».

Las galaxias rosas probablemente no estén físicamente relacionadas entre sí, ya que se encuentran a distancias variables que abarcan corrimientos al rojo de 2,5 a 3,9. Pero esos valores los colocan justo en medio del «mediodía cósmico», un período de aproximadamente tres mil millones de años después del Big Bang, cuando las galaxias formaron estrellas con tanta rapidez y furia que produjeron la mayoría de las estrellas conocidas en el Universo. hoy.