27 Mar JADES-GS-z13-1 desafía las teorías de formación de galaxias
Un equipo internacional de astrónomos ha detectado una intensa emisión de hidrógeno procedente de JADES-GS-z13-1, una galaxia situada en una época sorprendentemente temprana de la historia del cosmos.
Este hallazgo inesperado plantea un desafío a los científicos, quienes deben explicar ahora cómo pudo esta luz atravesar la densa niebla de hidrógeno neutro que llenaba el espacio en aquel momento.
JADES-GS-z13-1: Un hallazgo inesperado
Uno de los principales objetivos científicos del telescopio Webb es observar más lejos que nunca hacia el pasado del Universo, cuando comenzaron a formarse las primeras galaxias tras el Big Bang.
Esta búsqueda ya ha permitido descubrir galaxias extremadamente distantes, como las observadas en el programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
La extraordinaria sensibilidad del Webb a la luz infrarroja abre nuevas vías para investigar cuándo y cómo se formaron estas galaxias y qué impacto tuvieron en el Universo durante el llamado «Amanecer cósmico».
El estudio de una de estas galaxias tempranas ha llevado ahora a un descubrimiento en su espectro que cuestiona nuestra comprensión actual de los primeros tiempos del Universo.
Un «redshift» extremadamente alto
Webb ha descubierto una galaxia extremadamente lejana, JADES-GS-z13-1, observada tal como era tan solo 330 millones de años después del Big Bang, mediante imágenes obtenidas con la cámara de infrarrojo cercano NIRCam, en el marco del programa JADES.
Los investigadores han estimado su corrimiento al rojo (redshift, en inglés), una medida de la distancia basada en el estiramiento de la luz debido a la expansión del espacio-tiempo, a partir de su brillo en distintos filtros infrarrojos.
Las imágenes de NIRCam dieron un valor estimado de redshift de 12,9, un valor extremadamente alto. Para confirmar esta cifra, un equipo internacional liderado por Joris Witstok observó la galaxia con el espectrógrafo de infrarrojo cercano NIRSpec.
Una intensa emisión Lyman-α en el Universo primitivo
El espectro resultante confirmó un redshift de 13,0, lo que equivale a observar la galaxia tal como era solo 330 millones de años después del Big Bang, una fracción muy pequeña de los 13.800 millones de años que tiene el Universo.
Sin embargo, el espectro reveló también un rasgo inesperado: una longitud de onda específica de luz muy intensa, identificada como la emisión Lyman-α, generada por átomos de hidrógeno.
Esta emisión resultó ser mucho más fuerte de lo que los astrónomos consideraban posible en una etapa tan temprana del desarrollo del Universo.
Una niebla de hidrógeno neutro
«El Universo primitivo estaba envuelto en una densa niebla de hidrógeno neutro”, explica Roberto Maiolino, miembro del equipo de la Universidad de Cambridge y del University College de Londres.
“La mayor parte de esa neblina se disipó en un proceso llamado reionización, que finalizó alrededor de mil millones de años después del Big Bang».
«JADES GS-z13-1 se observa cuando el Universo tenía tan solo 330 millones de años, pero muestra una clara y sorprendente señal de emisión Lyman-α, que solo puede detectarse una vez que la niebla circundante se ha despejado completamente».
Este resultado no estaba previsto por las teorías sobre la formación de galaxias y ha sorprendido a la comunidad astronómica.
Un hallazgo que desafía las teorías sobre la formación de galaxias
Antes y durante la época de la reionización, las grandes cantidades de hidrógeno neutro que rodeaban a las galaxias bloqueaban cualquier radiación ultravioleta energética, del mismo modo que un cristal coloreado filtra la luz.
Hasta que no se formaron suficientes estrellas capaces de ionizar ese gas, la luz, incluida la emisión Lyman-α, no podía escapar de esas galaxias nacientes ni llegar hasta la Tierra.
La confirmación de esta emisión tiene, por tanto, importantes implicaciones para nuestra comprensión del Universo temprano.
Kevin Hainline, miembro del equipo (Universidad de Arizona, EE. UU.), comenta: “En realidad, no deberíamos haber encontrado una galaxia como esta, según lo que sabemos sobre la evolución del Universo».
«Podemos imaginar el Universo primitivo cubierto por una densa niebla, que haría extremadamente difícil detectar incluso los faros más potentes. Y, sin embargo, aquí vemos un rayo de luz atravesando ese velo».
«Esta fascinante línea de emisión tiene implicaciones enormes sobre cuándo y cómo se produjo la reionización del Universo».
Aún se desconoce el origen exacto de la emisión Lyman-α de esta galaxia, pero podría deberse a la primera luz generada por la primera generación de estrellas del Universo.
Witstok señala: «La gran burbuja de hidrógeno ionizado que rodea a esta galaxia podría haber sido creada por una población estelar peculiar, con estrellas mucho más masivas, calientes y luminosas que las que se formaron en épocas posteriores, representando quizá esa primera generación estelar»
Otra posibilidad que considera el equipo es la presencia de un potente núcleo galáctico activo (AGN), alimentado por uno de los primeros agujeros negros supermasivos.
Telescopio James Webb: Una sensibilidad extraordinaria
Estos nuevos resultados no habrían sido posibles sin la extraordinaria sensibilidad al infrarrojo cercano del telescopio Webb, imprescindible tanto para detectar galaxias tan lejanas como para analizar con precisión sus espectros.
Peter Jakobsen, antiguo científico del proyecto NIRSpec (Cosmic Dawn Center y Universidad de Copenhague), recuerda: «Al seguir los pasos del Hubble, era evidente que Webb sería capaz de descubrir galaxias aún más distantes».
«Sin embargo, como demuestra el caso de JADES GS-z13-1, Webb siempre termina sorprendiéndonos con nuevas revelaciones sobre la naturaleza de las primeras estrellas y agujeros negros formados en los albores del tiempo cósmico”.
El equipo tiene previsto realizar nuevas observaciones de seguimiento de JADES GS-z13-1, con el objetivo de obtener más información sobre la naturaleza de esta galaxia y el origen de su intensa emisión Lyman-α.
Sea lo que sea lo que oculte esta galaxia, sin duda abrirá una nueva frontera en el campo de la cosmología.
Fuente: Webb sees galaxy in mysteriously clearing fog of early Universe
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