“Todo lo que vemos es nuevo. Webb nos está mostrando que hay un universo muy rico más allá de lo que imaginamos”, dijo Tommaso Treu de la Universidad de California en Los Ángeles, investigador principal de uno de los programas de Webb. “Una vez más el universo nos ha sorprendido. Estas primeras galaxias son muy inusuales en muchos sentidos”.
Dos de las galaxias más lejanas vistas hasta la fecha están capturadas en estas imágenes del Telescopio Espacial Webb de las regiones exteriores del cúmulo de galaxias gigantes Abell 2744.
Las galaxias no están dentro del cúmulo, sino muchos miles de millones de años luz más atrás. La galaxia etiquetada (1) existió solo 450 millones de años después del Big Bang. La galaxia etiquetada (2) existió 350 millones de años después del Big Bang. Ambos se ven muy cerca en el tiempo del Big Bang que ocurrió hace 13.800 millones de años. Estas galaxias son pequeñas en comparación con nuestra Vía Láctea, siendo solo un pequeño porcentaje de su tamaño, incluso la galaxia inesperadamente alargada etiquetada (1).
Créditos: Ciencias: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA); Procesamiento de imágenes: Zolt G. Levay (STScI)
Dos artículos de investigación, dirigidos por Marco Castellano del Instituto Nacional de Astrofísica en Roma, Italia, y Rohan Naidu del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica y el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, se han publicado en Astrophysical Journal Letters.
Con solo cuatro días de análisis, los investigadores encontraron dos galaxias excepcionalmente brillantes en las imágenes GLASS-JWST. Estas galaxias existieron aproximadamente 450 y 350 millones de años después del Big Bang (con un corrimiento al rojo de aproximadamente 10,5 y 12,5, respectivamente), aunque futuras mediciones espectroscópicas con Webb ayudarán a confirmar.
"Con Webb, nos sorprendió encontrar la luz estelar más distante que alguien haya visto, solo unos días después de que Webb publicara sus primeros datos", dijo Naidu sobre la galaxia GLASS más distante, conocida como GLASS-z12, que se cree que data 350 millones de años después del Big Bang. El poseedor del récord anterior es la galaxia GN-z11, que existió 400 millones de años después del Big Bang (desplazamiento al rojo 11,1), y fue identificada en 2016 por el Hubble y el Observatorio Keck en programas de cielo profundo.
“Con base en todas las predicciones, pensamos que teníamos que buscar en un volumen de espacio mucho mayor para encontrar esas galaxias”, dijo Castellano.
“Estas observaciones simplemente te hacen explotar la cabeza. Este es un capítulo completamente nuevo en la astronomía. Es como una excavación arqueológica, y de repente encuentras una ciudad perdida o algo que no conocías. Es asombroso”, agregó Paola Santini, cuarta autora de Castellano et al. Papel GLASS-JWST.
"Si bien las distancias de estas fuentes tempranas aún deben confirmarse con espectroscopia, sus brillos extremos son un verdadero rompecabezas y desafían nuestra comprensión de la formación de galaxias", señaló Pascal Oesch de la Universidad de Ginebra en Suiza, segundo autor.
Las observaciones de Webb empujan a los astrónomos hacia un consenso de que un número inusual de galaxias en el universo primitivo eran mucho más brillantes de lo esperado. Esto facilitará que Webb encuentre aún más galaxias tempranas en posteriores estudios de cielo profundo, dicen los investigadores.
“Hemos logrado algo que es increíblemente fascinante. Estas galaxias tendrían que haber comenzado a juntarse tal vez solo 100 millones de años después del Big Bang. Nadie esperaba que las edades oscuras hubieran terminado tan pronto”, dijo Garth Illingworth de la Universidad de California en Santa Cruz, miembro del equipo de Naidu/Oesch. “El universo primigenio habría tenido solo una centésima parte de su edad actual. Es un fragmento de tiempo en el cosmos en evolución de 13.800 millones de años”.
Erica Nelson, de la Universidad de Colorado, miembro del equipo de Naidu/Oesch, señaló que "nuestro equipo quedó impresionado al poder medir las formas de estas primeras galaxias; sus discos tranquilos y ordenados cuestionan nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias. en el abarrotado y caótico universo primitivo". Este notable descubrimiento de los discos compactos en tiempos tan tempranos solo fue posible gracias a las imágenes mucho más nítidas de Webb, en luz infrarroja, en comparación con el Hubble.
“Estas galaxias son muy diferentes a la Vía Láctea u otras grandes galaxias que vemos hoy a nuestro alrededor”, dijo Treu.
Illingworth enfatizó que las dos galaxias brillantes encontradas por estos equipos tienen mucha luz. Dijo que una opción es que podrían haber sido muy masivas, con muchas estrellas de baja masa, como las galaxias posteriores. Alternativamente, podrían ser mucho menos masivos y consistir en muchas menos estrellas extraordinariamente brillantes, conocidas como estrellas de Población III. Teorizados durante mucho tiempo, serían las primeras estrellas nacidas, ardiendo a temperaturas abrasadoras y compuestas solo de hidrógeno y helio primordiales, antes de que las estrellas pudieran cocinar elementos más pesados en sus hornos de fusión nuclear. No se ven estrellas primordiales tan extremadamente calientes en el universo local.
“De hecho, la fuente más lejana es muy compacta, y sus colores parecen indicar que su población estelar está particularmente desprovista de elementos pesados e incluso podría contener algunas estrellas de Población III. Solo los espectros de Webb lo dirán”, dijo Adriano Fontana, segundo autor de Castellano et al . paper y miembro del equipo GLASS-JWST.
Las estimaciones actuales de la distancia de Webb a estas dos galaxias se basan en la medición de sus colores infrarrojos. Eventualmente, las mediciones espectroscópicas de seguimiento que muestren cómo se ha estirado la luz en el universo en expansión proporcionarán una verificación independiente de estas mediciones cósmicas.
