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| Galaxia NGC 1549, vista hoy y posiblemente hace 13.000 millones de años Crédito: NASA, ESA, CSA, Sandro Tacchella, William Baker, Ovee Tulask |
En astrofísica extragaláctica, los procesos que dan forma a la evolución de las galaxias y a sus diferentes estructuras aún deben comprenderse mejor. Un nuevo estudio realizado con el telescopio espacial James Webb (JWST) ha revelado la observación de una galaxia sorprendentemente madura del Universo primitivo.
La galaxia JADES-GS+53.18343-27.79097 se formó en los primeros 700 millones de años tras el Big Bang y es unas cien veces más pequeña que la Vía Láctea. A pesar de su pequeño tamaño, parece madura para una etapa tan temprana del Universo, con una densa colección de estrellas en su centro y una zona menos densa en sus afueras. Curiosamente, la formación estelar se está acelerando en las regiones exteriores de la galaxia.
Esta galaxia de formación estelar tiene una masa estelar total de 400 millones de masas solares y consta de tres partes principales: un núcleo compacto con un radio de media luz inferior a 100 parsecs, un disco de formación estelar que se extiende unos 400 parsecs y un cúmulo de formación estelar. Cada componente tiene su propia historia de formación estelar.
La densidad de estrellas en el centro de esta galaxia es comparable a la de algunas de las galaxias elípticas más masivas que vemos hoy en día, a pesar de que esta galaxia es 1.000 veces menos masiva en su conjunto.
Se trata de la primera vez que se detecta un crecimiento "de dentro hacia fuera" en una galaxia. Antes del telescopio espacial James Webb (JWST), era imposible estudiar el desarrollo de las galaxias en una etapa tan temprana de la historia del Universo.
Aunque las imágenes del Webb muestran un momento en el tiempo, los investigadores creen que el examen de galaxias similares puede proporcionar información sobre cómo evolucionaron a partir de nubes de gas hasta convertirse en las complejas estructuras que vemos hoy en día.
El coautor principal, el Dr. Sandro Tacchella, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, declaró: "Hemos tenido muchos datos excelentes de los últimos diez millones de años y de las galaxias de nuestro rincón del universo, pero ahora, con Webb, podemos obtener datos observacionales de miles de millones de años atrás en el tiempo, sondeando los primeros miles de millones de años de historia cósmica, lo que abre todo tipo de nuevas preguntas".
En la actualidad, las galaxias crecen principalmente de dos maneras: arrastrando gas para formar nuevas estrellas o fusionándose con galaxias más pequeñas. Los astrónomos están interesados en averiguar si estos mecanismos también funcionaban en el Universo primitivo, y esperan responder a esta pregunta utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST).
El Dr. Tacchella explica que se espera que las galaxias comiencen siendo pequeñas a medida que las nubes de gas colapsan bajo su propia gravedad, formando densos núcleos de estrellas y posiblemente agujeros negros. A medida que una galaxia crece y aumenta la formación de estrellas, se comporta como un patinador artístico que gira: cuando el patinador tira de sus brazos, éstos giran más deprisa. Del mismo modo, a medida que las galaxias acumulan gas procedente de distancias más lejanas, ganan impulso y a menudo adoptan formas espirales o de disco.
La galaxia estudiada, que forma parte de la colaboración JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), está formando estrellas activamente en el Universo temprano. Posee un núcleo muy denso que, a pesar de su juventud, tiene una densidad similar a la de las galaxias elípticas masivas actuales, que contienen 1.000 veces más estrellas. La mayor parte de la formación estelar tiene lugar lejos del núcleo, con un "cúmulo" de formación estelar situado aún más lejos.
Curiosamente, la actividad de formación estelar aumenta hacia las afueras de la galaxia a medida que ésta crece. Los modelos teóricos predecían este tipo de crecimiento, pero ahora los astrónomos pueden observarlo directamente con el JWST.
William Baker, coautor del estudio y estudiante de doctorado en el Cavendish, afirma: "Una de las muchas razones por las que Webb es tan transformador para nosotros como astrónomos es que ahora podemos observar lo que antes se había predicho mediante modelos. Es como poder comprobar los deberes".
Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los investigadores analizaron la luz emitida por la galaxia en varias longitudes de onda para estimar el número de estrellas más jóvenes frente a las más viejas. Esta información les permitió calcular la masa estelar de la galaxia y su tasa de formación estelar.
Dado que la galaxia es tan compacta, los investigadores utilizaron el "modelado hacia delante" para corregir cualquier efecto instrumental en las imágenes. Aplicando un modelo de población estelar que tiene en cuenta las emisiones de gas y la absorción de polvo, descubrieron que el núcleo de la galaxia contiene estrellas más viejas, mientras que el disco circundante forma estrellas nuevas.
Sorprendentemente, esta galaxia duplica su masa estelar en sus regiones exteriores aproximadamente cada 10 millones de años, lo que resulta extremadamente rápido en comparación con la Vía Láctea, que sólo duplica su masa cada 10.000 millones de años.
La alta densidad del núcleo galáctico y el rápido ritmo de formación estelar indican que esta joven galaxia tiene un abundante suministro de gas para crear nuevas estrellas. Este hallazgo podría sugerir que las condiciones del Universo primitivo eran muy distintas de las actuales.
Según Tacchella, "ahora estamos analizando datos similares de otras galaxias. Observando distintas galaxias a lo largo del tiempo cósmico, quizá podamos reconstruir el ciclo de crecimiento y demostrar cómo crecen las galaxias hasta alcanzar su tamaño actual."
Fuentes, créditos y referencias:
Baker, W.M., Tacchella, S., Johnson, B.D. et al. A core in a star-forming disc as evidence of inside-out growth in the early Universe. Nat Astron (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02384-8