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| Concepción artística de las primeras galaxias con brote estelar. La imagen se ha obtenido a partir de los datos de simulación FIRE utilizados para esta investigación, que pueden explicar los resultados recientes del JWST. Las estrellas y galaxias se muestran en los puntos de luz blanca brillante, mientras que la materia oscura y el gas, más difusos, se muestran en morados y rojos. Crédito: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS |
Las primeras imágenes del JWST sorprendieron a los científicos: Las galaxias jóvenes no parecían haberse formado tan poco después del Big Bang, ya que eran demasiado brillantes, masivas y desarrolladas. Sería comparable a un bebé que se convierte en adulto en cuestión de años.
Un equipo de físicos dirigido por la Universidad Northwestern ha descubierto que estas galaxias podrían ser más pequeñas de lo que se pensaba gracias a nuevas simulaciones. Los últimos resultados implican que las galaxias menos masivas pueden brillar con la misma intensidad a partir de estallidos irregulares y deslumbrantes de formación estelar, a pesar de que el brillo de una galaxia suele venir determinado por su masa.
Este nuevo estudio explica por qué las galaxias jóvenes parecen engañosamente masivas.
Guochao Sun, que dirigió el estudio, declaró: "La clave está en reproducir una cantidad suficiente de luz en un sistema en poco tiempo. Eso puede ocurrir porque el sistema es masivo o puede producir mucha luz rápidamente. En este último caso, no es necesario que el sistema sea tan masivo. Si la formación estelar se produce en ráfagas, emitirá destellos de luz. Por eso vemos varias galaxias muy brillantes".
El amanecer cósmico es un periodo que duró aproximadamente entre 100 millones de años y 1.000 millones de años después del Big Bang. Está especialmente marcado por la formación de las primeras estrellas y galaxias del universo.
Antes del lanzamiento del JWST, los astrónomos sabían muy poco sobre este antiguo periodo. El JWST aportó muchos conocimientos sobre el amanecer cósmico.
Según Sun, "antes del JWST, la mayor parte de nuestros conocimientos sobre el universo primitivo eran especulaciones basadas en datos procedentes de muy pocas fuentes. Con el enorme aumento de la potencia de observación, podemos ver detalles físicos sobre las galaxias y utilizar esa sólida evidencia observacional para estudiar la física y entender lo que está sucediendo".
En este nuevo estudio, los científicos utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para modelizar cómo se formaron las galaxias justo después del Big Bang. Las galaxias del amanecer cósmico creadas por las simulaciones eran igual de luminosas que las observadas por el JWST.
Las simulaciones forman parte del proyecto Feedback of Relativistic Environments (FIRE). Faucher-Giguère lo cofundó con colaboradores del Instituto de Tecnología de California, la Universidad de Princeton y la Universidad de California en San Diego.
Las simulaciones FIRE simulan la formación de galaxias utilizando algoritmos de vanguardia y teoría astrofísica. Gracias a estos modelos, los científicos pueden examinar cómo se crean, desarrollan y cambian de forma las galaxias teniendo en cuenta la energía, la masa, el momento y los componentes químicos devueltos por las estrellas.
Los científicos realizaron simulaciones y descubrieron que las estrellas se formaban en ráfagas, un concepto conocido como "formación estelar en ráfagas". Las estrellas se forman constantemente en las grandes galaxias como la Vía Láctea, y su número aumenta progresivamente con el tiempo. Sin embargo, la llamada formación estelar en ráfagas se produce cuando las estrellas comienzan a formarse siguiendo un patrón alterno: muchas estrellas se forman a la vez, después aparecen muy pocas estrellas durante millones de años y, a continuación, vuelven a aparecer muchas estrellas a la vez.
Según Faucher-Giguère, "la formación estelar explosiva es especialmente común en galaxias de baja masa. Los detalles de por qué ocurre esto son todavía objeto de investigación. Pero lo que creemos que ocurre es que se forma una ráfaga de estrellas y, unos millones de años más tarde, esas estrellas explotan como supernovas. El gas es expulsado y vuelve a caer para formar nuevas estrellas, impulsando el ciclo de formación estelar. Pero cuando las galaxias son lo suficientemente masivas, su gravedad es mucho mayor. Cuando las supernovas explotan, no tienen fuerza suficiente para expulsar el gas del sistema. La gravedad mantiene unida la galaxia y la lleva a un estado estacionario".
Los investigadores de Northwestern son los primeros en emplear minuciosas simulaciones por ordenador para demostrar que es plausible que la formación estelar explosiva pueda ser la causa del brillo excepcional de las galaxias en el amanecer cósmico, a pesar de las hipótesis contrarias de otros astrofísicos. Lo han conseguido sin introducir ningún elemento nuevo que contradiga nuestra comprensión actual del cosmos.
Fuentes, créditos y referencias: