Los astrónomos de la Universidad de Arizona han aprendido más sobre una galaxia sorprendentemente madura que existía cuando el universo tenía menos de 300 millones de años, solo el 2% de su edad actual.
Observado por el telescopio espacial James Webb de la NASA, el Galaxy, designado Jades-GS-Z14-0, es inesperadamente brillante y químicamente complejo para un objeto de esta era primordial, dijeron los investigadores. Esto proporciona una rara visión del primer capítulo del universo.
Los hallazgos, publicados en la revista Astronomía de la naturalezaconstruir sobre el descubrimiento previo de los investigadores, reportado en 2024, de Jades-GS-Z14-0 como la galaxia más distante jamás observada. Si bien el descubrimiento inicial estableció la distancia récord de la galaxia y el brillo inesperado, esta nueva investigación profundiza en su composición química y su estado evolutivo.
El trabajo se realizó como parte de la encuesta extragaláctica de JWST Advanced Deep, o Jades, un importante programa de telescopio espacial James Webb diseñado para estudiar galaxias distantes.
Esto no era simplemente tropezar con algo inesperado, dijo Kevin Hainline, coautor del nuevo estudio y profesor de investigación asociado en el Observatorio de Administración U de U de La encuesta fue diseñada deliberadamente para encontrar galaxias distantes, pero esta rompió los registros del equipo de una manera que no anticiparon: era intrínsecamente brillante y tenía una composición química compleja que era totalmente inesperada tan temprano en la historia del universo.
«No es solo una pequeña pepita. Es brillante y bastante extendido para la edad del universo cuando lo observamos», dijo Hainline.
«El hecho de que encontremos esta galaxia en una pequeña región del cielo significa que debería haber más de estos por ahí», dijo el autor de estudio principal Jakob Helton, investigador graduado en el Observatorio Steward. «Si miramos todo el cielo, que no podemos hacer con JWST, eventualmente encontraríamos más de estos objetos extremos».
El equipo de investigación utilizó múltiples instrumentos a bordo de JWST, incluida la cámara infrarroja cercana, o Nircam, cuya construcción fue dirigida por U de un regente profesora de astronomía Marcia Rieke. Otro instrumento en el telescopio: el instrumento de infrarrojo medio, o Miri, reveló algo extraordinario: cantidades significativas de oxígeno.
En astronomía, cualquier cosa más pesada que el helio se considera un «metal», dijo Helton. Tales metales requieren generaciones de estrellas para producir. El universo temprano contenía solo cantidades de hidrógeno, helio y trazas de litio. Pero el descubrimiento de oxígeno sustancial en la galaxia Jades-GS-Z14-0 sugiere que la galaxia había estado formando estrellas durante potencialmente 100 millones de años antes de que se observara.
Para hacer oxígeno, la galaxia debe haber comenzado muy temprano, porque habría tenido que formar una generación de estrellas, dijo George Rieke, profesor de astronomía regente y autor principal del estudio. Esas estrellas deben haber evolucionado y explotado como supernovas para liberar oxígeno en un espacio interestelar, del cual se formarían y evolucionarían nuevas estrellas.
«Es un ciclo muy complicado obtener tanto oxígeno como esta galaxia. Por lo tanto, es realmente alucinante», dijo Rieke.
El hallazgo sugiere que la formación de estrellas comenzó incluso antes de lo que los científicos pensaban anteriormente, lo que empuja la línea de tiempo para cuando las primeras galaxias podrían haberse formado después del Big Bang.
La observación requirió aproximadamente nueve días de tiempo del telescopio, incluidas 167 horas de imágenes de Nircam y 43 horas de imágenes Miri, centradas en una porción increíblemente pequeña del cielo.
La U de Astronomers tuvo suerte de que esta galaxia se sentara en el lugar perfecto para que observen con Miri. Si hubieran señalado el telescopio solo una fracción de un título en cualquier dirección, habrían extrañado obtener estos datos cruciales de infrarrojo medio, dijo Helton.
«Imagina un grano de arena al final de tu brazo. Ves lo grande que es en el cielo, así de grande miramos», dijo Helton.
La existencia de una galaxia tan desarrollada tan temprano en la historia cósmica sirve como un poderoso caso de prueba para modelos teóricos de formación de galaxias.
«Nuestra participación aquí es un producto de la U de una liderazgo en la astronomía infrarroja desde mediados de los años 60, cuando comenzó. Tuvimos el primer gran grupo de astronomía infrarroja en el laboratorio lunar y planetario, con Gerard Kuiper, Frank Low y Harold Johnson», dijo Rieke.
A medida que los humanos obtienen la capacidad de observar y comprender directamente las galaxias que existieron durante la infancia del universo, puede proporcionar información crucial sobre cómo el universo evolucionó de elementos simples a la compleja química necesaria para la vida tal como la conocemos.
«Estamos en un momento increíble en la historia de la astronomía», dijo Hainline. «Podemos entender galaxias que están más allá de todo lo que los humanos han encontrado y verlas de muchas maneras diferentes y realmente entenderlas. Eso es realmente mágico».
