Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto las galaxias más antiguas y distantes confirmadas hasta la fecha utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). El telescopio captó la luz emitida por estas galaxias hace más de 13.400 millones de años, lo que significa que las galaxias datan de menos de 400 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo el 2% de su edad actual.
Las observaciones iniciales del JWST arrojaron varias galaxias candidatas a distancias extremas, al igual que las observaciones anteriores con el telescopio espacial Hubble. Ahora, cuatro de estos objetivos han sido confirmados mediante la obtención de largas observaciones espectroscópicas, que no solo brindan mediciones seguras de sus distancias, sino que también permiten a los astrónomos caracterizar las propiedades físicas de las galaxias.
«Hemos descubierto galaxias en tiempos fantásticamente tempranos en el universo distante», dijo Brant Robertson, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz. «Con JWST, por primera vez ahora podemos encontrar galaxias tan distantes y luego confirmar espectroscópicamente que realmente están tan lejos».
Los astrónomos miden la distancia a una galaxia determinando su corrimiento al rojo. Debido a la expansión del universo, los objetos distantes parecen alejarse de nosotros y su luz se estira a longitudes de onda más largas y rojas por el efecto Doppler. Las técnicas fotométricas basadas en imágenes capturadas a través de diferentes filtros pueden proporcionar estimaciones de corrimiento al rojo, pero las mediciones definitivas requieren espectroscopia, que separa la luz de un objeto en sus longitudes de onda componentes.
Los nuevos hallazgos se centran en cuatro galaxias con desplazamientos al rojo superiores a 10. Dos galaxias observadas inicialmente por Hubble ahora tienen desplazamientos al rojo confirmados de 10,38 y 11,58. Las dos galaxias más distantes, ambas detectadas en imágenes JWST, tienen desplazamientos al rojo de 13,20 y 12,63, lo que las convierte en las galaxias más distantes confirmadas por espectroscopia hasta la fecha. Un desplazamiento hacia el rojo de 13,2 corresponde a hace unos 13,500 millones de años.
«Estos van mucho más allá de lo que podríamos haber imaginado encontrar antes de JWST», dijo Robertson. «En el corrimiento al rojo 13, el universo tiene solo unos 325 millones de años».
Robertson y Emma Curtis-Lake de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) presentarán los nuevos hallazgos el 12 de diciembre en una conferencia del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore sobre «Primeros resultados científicos de JWST». Son los autores principales de dos artículos sobre los resultados que aún no han pasado por el proceso de revisión por pares.
Las observaciones son el resultado de una colaboración de científicos que lideraron el desarrollo de dos de los instrumentos a bordo de Webb, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec). La investigación de las galaxias más débiles y tempranas fue la principal motivación en los conceptos de estos instrumentos. En 2015, los equipos del instrumento se unieron para proponer el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un ambicioso programa al que se le ha asignado poco más de un mes del tiempo del telescopio y está diseñado para proporcionar una vista del universo primitivo sin precedentes en ambas profundidades. y detalle JADES es una colaboración internacional de más de ochenta astrónomos de diez países.
«Estos resultados son la culminación de por qué los equipos de NIRCam y NIRSpec se unieron para ejecutar este programa de observación», dijo Marcia Rieke, investigadora principal de NIRCam en la Universidad de Arizona.
El programa JADES comenzó con NIRCam, utilizando más de 10 días de tiempo de misión para observar una pequeña porción de cielo dentro y alrededor del campo ultraprofundo del Hubble. Los astrónomos han estado estudiando esta región durante más de 20 años con casi todos los grandes telescopios. El equipo de JADES observó el campo en nueve rangos de longitud de onda infrarroja diferentes, capturando imágenes exquisitas que revelan casi 100 000 galaxias distantes, cada una de ellas a miles de millones de años luz de distancia.
Luego, el equipo usó el espectrógrafo NIRSpec durante un solo período de observación de tres días para recolectar la luz de 250 galaxias débiles. Esto produjo mediciones precisas del corrimiento al rojo y reveló las propiedades del gas y las estrellas en estas galaxias.
«Con estas medidas, podemos conocer el brillo intrínseco de las galaxias y calcular cuántas estrellas tienen», dijo Robertson. «Ahora podemos comenzar a analizar realmente cómo se forman las galaxias a lo largo del tiempo».
El coautor Sandro Tacchella de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido agregó: «Es difícil entender las galaxias sin comprender los períodos iniciales de su desarrollo. Al igual que con los humanos, gran parte de lo que sucede después depende del impacto de estas primeras generaciones de estrellas Tantas preguntas sobre las galaxias han estado esperando la oportunidad transformadora de Webb, y estamos encantados de poder desempeñar un papel en la revelación de esta historia «.
Según Robertson, la formación de estrellas en estas primeras galaxias habría comenzado unos 100 millones de años antes de la edad en que se observaron, lo que llevó la formación de las primeras estrellas a unos 225 millones de años después del Big Bang.
«Estamos viendo evidencia de formación de estrellas tan pronto como podríamos esperar según nuestros modelos de formación de galaxias», dijo.
Otros equipos han identificado galaxias candidatas con desplazamientos al rojo aún mayores basándose en análisis fotométricos de imágenes JWST, pero aún no se han confirmado mediante espectroscopia. JADES continuará en 2023 con un estudio detallado de otro campo, este centrado en el icónico campo profundo del Hubble, y luego regresará al campo ultraprofundo para otra ronda de imágenes profundas y espectroscopia. Muchos más candidatos en el campo esperan la investigación espectroscópica, con cientos de horas de tiempo adicional ya aprobadas.
