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(noticias nanowerk) La segunda y cuarta galaxias más distantes jamás observadas han sido descubiertas en una región del espacio conocida como cúmulo de Pandora, o Abell 2744, utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA. Tras una imagen de campo profundo de la zona, un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad Penn State confirmó la distancia de estas galaxias antiguas e infirió sus propiedades utilizando nuevos datos espectroscópicos (información sobre la luz emitida a través del espectro electromagnético) del JWST. A casi 33 mil millones de años luz de distancia, estas galaxias increíblemente distantes ofrecen información sobre la formación de las primeras galaxias.
Las tesis centrales
![Cúmulo de Pandora con galaxias distantes](https://www.nanowerk.com/news2/space/id64041_1.jpg)
Investigación
A diferencia de otras galaxias confirmadas a esta distancia, que aparecen como puntos rojos en las imágenes, las nuevas galaxias son más grandes y parecen un maní y una bola esponjosa, según los investigadores. Aparece en la revista un artículo que describe las galaxias. Cartas del diario astrofísico. (“UNCOVER: Iluminando el Universo Temprano – Confirmación JWST/NIRSpec de z > 12 galaxias”).
«Se sabe muy poco sobre el universo temprano, y la única manera de aprender sobre este período y probar nuestras teorías sobre la formación y el crecimiento de las galaxias tempranas es a través de estas galaxias muy distantes», dijo el autor principal Bingjie Wang, investigador postdoctoral en Penn. State Eberly College of Science y miembro del equipo JWST UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization) que llevó a cabo la investigación. “Antes de nuestro análisis, sólo conocíamos tres galaxias confirmadas alrededor de esta distancia extrema. El estudio de estas nuevas galaxias y sus propiedades ha revelado la diversidad de galaxias en el universo primitivo y ha demostrado cuánto se puede aprender de ellas”.
Debido a que la luz de estas galaxias tuvo que viajar tanto tiempo para llegar a la Tierra, ofrece una ventana al pasado. El equipo de investigación estima que la luz detectada por el JWST fue emitida desde las dos galaxias cuando el universo tenía unos 330 millones de años y viajó unos 13,4 mil millones de años luz para llegar al JWST. Sin embargo, debido a la expansión del universo durante este tiempo, las galaxias están actualmente más cerca de 33 mil millones de años luz de la Tierra, dijeron los investigadores.
«La luz de estas galaxias es antigua, aproximadamente tres veces más antigua que la de la Tierra», dijo Joel Leja, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State y miembro de UNCOVER. “Estas galaxias primitivas son como faros, su luz atraviesa el muy fino gas de hidrógeno que formó el universo primitivo. Sólo a través de su luz podemos empezar a comprender la física exótica que dominaba la galaxia justo antes del amanecer cósmico”.
Lo que es notable es que las dos galaxias son significativamente más grandes que las tres galaxias que anteriormente estaban a estas distancias extremas. Uno es al menos seis veces más grande, de unos 2.000 años luz de diámetro. A modo de comparación, la Vía Láctea tiene unos 100.000 años luz de diámetro, pero el universo primitivo, dijo Wang, probablemente estaba muy comprimido, por lo que es sorprendente que la galaxia sea tan grande como es.
«Las galaxias previamente descubiertas a estas distancias son fuentes puntuales; aparecen como un punto en nuestras imágenes», dijo Wang. “Pero uno de nosotros parece alargado, casi como un maní, y el otro parece una bola esponjosa. No está claro si la diferencia de tamaño se debe a cómo se formaron las estrellas o a qué les sucedió después de formarse, pero la diversidad de propiedades de las galaxias es realmente interesante. Se espera que estas primeras galaxias se hayan formado a partir de materiales similares, pero ya están mostrando signos de ser muy diferentes entre sí”.
Las dos galaxias se encontraban entre las 60.000 fuentes de luz del cúmulo de Pandora descubiertas en una de las primeras imágenes de campo profundo del JWST en 2022, el primer año de operación científica. Se eligió esta región del espacio en parte porque está ubicada detrás de varios cúmulos de galaxias que crean un efecto de aumento natural llamado lente gravitacional. La atracción gravitacional de la masa combinada de los cúmulos distorsiona el espacio que los rodea, concentrando y magnificando cualquier luz que pasa cerca, permitiendo una vista ampliada detrás de los cúmulos.
En cuestión de meses, el equipo UNCOVER redujo las 60.000 fuentes de luz a 700 candidatas para un estudio de seguimiento, ocho de las cuales creen que podrían estar potencialmente entre las primeras galaxias. Luego, JWST apuntó nuevamente al cúmulo de Pandora y registró los espectros de los candidatos, una especie de huella digital que detalla la cantidad de luz emitida en cada longitud de onda.
«Varios equipos diferentes utilizan diferentes enfoques para buscar estas galaxias antiguas, y cada uno tiene sus fortalezas y debilidades», dijo Leja. “El hecho de que estemos apuntando a esta lupa gigante en el espacio nos brinda una ventana increíblemente profunda, pero es una ventana muy pequeña, así que tiramos los dados. Varios de los candidatos no fueron concluyentes, y al menos uno fue un caso de identidad equivocada: algo mucho más cercano, que imitaba una galaxia distante. Pero tuvimos suerte y resultó que dos de ellas eran galaxias antiguas. Es increíble.»
Los investigadores también utilizaron modelos detallados para inferir las propiedades de estas galaxias tempranas cuando emitían la luz detectada por JWST. Como esperaban los investigadores, las dos galaxias eran jóvenes, tenían pocos metales en su composición y estaban creciendo rápidamente y formando estrellas activamente.
«Los primeros elementos se forjaron mediante el proceso de fusión en los núcleos de las primeras estrellas», dijo Leja. “Tiene sentido que estas primeras galaxias no contuvieran elementos pesados como metales, ya que estuvieron entre las primeras fábricas en producir estos elementos pesados. Y, por supuesto, tendrían que ser jóvenes y estar en formación de estrellas para ser las primeras galaxias, pero confirmar estas propiedades es una prueba fundamental importante de nuestros modelos y ayuda a confirmar todo el paradigma de la teoría del Big Bang”.
Los investigadores descubrieron que los potentes instrumentos infrarrojos del JWST, además de la lente gravitacional, deberían poder detectar galaxias aún más lejanas, si es que existen.
«Teníamos una ventana muy pequeña a esta región y no pudimos observar nada fuera de estas dos galaxias, aunque JWST tiene la capacidad de hacerlo», dijo Leja. “Esto podría significar que las galaxias simplemente no se formaron antes de este punto y no encontraremos nada más lejos. O podría significar que no tuvimos suerte con nuestra pequeña ventana”.
Este trabajo fue el resultado de una propuesta exitosa presentada a la NASA que sugería cómo se podría utilizar JWST en su primer año de operaciones científicas. En los primeros tres ciclos de presentación, la NASA recibió de cuatro a diez veces más propuestas de las que permitía el tiempo de observación disponible del telescopio y solo tuvo que seleccionar una fracción de esas propuestas.
«Nuestro equipo estaba muy emocionado y un poco sorprendido cuando nuestra propuesta fue aceptada», dijo Leja. «Requirió coordinación, acción humana rápida y apuntar el telescopio al mismo objeto dos veces, lo cual es mucho pedir a un telescopio de primer año». La presión aumentaba porque sólo teníamos unos pocos meses para identificar los objetos para el seguimiento. Pero JWST fue construido para buscar esas primeras galaxias, y es muy emocionante hacerlo ahora”.
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