Un nuevo análisis de las galaxias lejanas captadas por el telescopio espacial James Webb de la NASA muestra que son extremadamente jóvenes y comparten algunas semejanzas notables con los “guisantes verdes”, una clase poco común de pequeñas galaxias en nuestro vecindario cósmico.
“Con las señales químicas detalladas de estas galaxias antiguas, vemos que contienen lo que podría ser la galaxia más primitiva que se haya identificado hasta ahora. Al mismo tiempo, podemos conectar estas galaxias de los albores del universo con otras galaxias cercanas parecidas, las cuales podemos estudiar con mucho mayor detalle”, dijo James Rhoads, astrofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien presentó estos hallazgos en la 241.a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Seattle.
Un artículo científico que describe los resultados, dirigido por Rhoads, fue publicado el 3 de enero en The Astrophysical Journal Letters.
Las galaxias guisantes verdes fueron descubiertas y nombradas en 2009 por voluntarios que participaban en Galaxy Zoo, un proyecto en el que científicos ciudadanos ayudan a clasificar galaxias en imágenes, comenzando con las del Sondeo Digital del Cielo de la Fundación Sloan (SDSS, por sus siglas en inglés). Los guisantes se destacaban como puntos pequeños, redondos y sin resolver, con un característico tono verde, como consecuencia tanto de los colores asignados a los diferentes filtros en las imágenes compuestas del sondeo como de una propiedad de las galaxias mismas.
Los colores de las galaxias guisantes verdes son inusuales porque una fracción considerable de su luz proviene de nubes de gases que brillan intensamente. Estos gases emiten luz en longitudes de onda específicas, a diferencia de las estrellas, que producen un espectro de color continuo similar al de un arcoíris. Los guisantes también son bastante compactos; por lo general, solo tienen unos 5.000 años luz de diámetro, o alrededor del 5% del tamaño de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
“Los guisantes pueden ser pequeños, pero su actividad de formación estelar es inusualmente intensa para su tamaño, por lo que producen luz ultravioleta brillante”, dijo Keunho Kim, investigador postdoctoral de la Universidad de Cincinnati y miembro del equipo de análisis. “Gracias a las imágenes ultravioleta de los guisantes verdes de Hubble y a las investigaciones desde tierra sobre las primeras galaxias con formación estelar, está claro que ambas comparten esta propiedad”.
En julio de 2022, la NASA y sus socios en la misión Webb lanzaron la imagen infrarroja más profunda y nítida del universo lejano jamás vista, captar miles de galaxias dentro y detrás de un cúmulo conocido como SMACS 0723. La masa del cúmulo lo convierte en una lente gravitacional, que amplía y distorsiona la apariencia de las galaxias que están al fondo. Entre las galaxias más tenues detrás del cúmulo había un trío de objetos infrarrojos compactos que parecían ser parientes lejanos de los guisantes verdes. La más distante de estas tres galaxias se amplió unas 10 veces, proporcionando una ayuda significativa de la naturaleza además de las capacidades sin precedentes del telescopio.
El espectrógrafo del infrarrojo cercano del telescopio espacial James Webb captó las señales químicas de galaxias seleccionadas detrás de SMACS 0723, incluyendo tres objetos tenues y distantes. Cuando se corrige el alargamiento de la longitud de onda causado por la expansión del espacio durante miles de millones de años, los espectros de estas galaxias (que se muestran en rojo) exhiben características emitidas por el oxígeno, el hidrógeno y el neón que muestran un asombroso parecido con las características observadas en las llamadas galaxias de guisantes verdes que se encuentran cerca (en verde). Además, las observaciones de Webb permitieron medir por primera vez la cantidad de oxígeno en estas galaxias de los albores cósmicos. Las líneas espectrales se han estirado verticalmente con el fin de aclarar estas relaciones.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Rhoads y otros 2023.
Webb hizo más que obtener imágenes del cúmulo: su instrumento Espectrógrafo del infrarrojo cercano (NIRSpec, por sus siglas en inglés), también captó los espectros de las galaxias seleccionadas en la escena. Cuando Rhoads y sus colegas examinaron estas medidas y corrigieron el alargamiento de la longitud de onda causado por la expansión del espacio, vieron que los rasgos característicos emitidos por el oxígeno, el hidrógeno y el neón se alineaban en un parecido sorprendente a los observados en los guisantes verdes cercanos.
Además, los espectros de Webb permitieron medir por primera vez la cantidad de oxígeno en estas galaxias de los albores cósmicos.
A medida que las estrellas producen energía, transmutan elementos más ligeros como el hidrógeno y el helio en otros más pesados. Cuando las estrellas explotan o pierden sus capas externas al final de su vida, estos elementos más pesados se incorporan al gas que forma las siguientes generaciones estelares y el proceso continúa. En el transcurso de la historia cósmica, las estrellas han enriquecido constantemente el universo.
Dos de las galaxias de Webb contienen oxígeno a un nivel cercano al 20% del que contiene nuestra Vía Láctea. Se asemejan a los típicos guisantes verdes, que sin embargo constituyen menos del 0,1% de las galaxias cercanas observadas por el sondeo Sloan. La tercera galaxia estudiada es aún más inusual.
“Estamos viendo estos objetos tal como existían hace 13.100 millones de años, cuando el universo tenía alrededor del 5% de su edad actual”, dijo Sangeeta Malhotra, investigadora del centro Goddard. “Y vemos que son galaxias jóvenes en todos los sentidos: llenas de estrellas jóvenes y gas resplandeciente que contiene pocos productos químicos reciclados de estrellas anteriores. De hecho, una de ellas contiene solo el 2% del oxígeno de una galaxia como la nuestra y podría ser la galaxia químicamente más primitiva identificada hasta ahora”.
NIRSpec fue construido para la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) por Airbus Industries. Su matriz de casi medio millón de microobturadores —diminutas ventanillas que se pueden abrir o cerrar para dejar entrar o bloquear la luz— le permiten capturar los espectros de hasta 100 objetos individuales a la vez. La matriz de microobturadores y los subsistemas detectores fueron fabricados por la NASA.
El telescopio espacial James Webb, una misión internacional liderada por la NASA con sus socios la ESA y la Agencia Espacial Canadiense, es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. La sede de la NASA supervisa la misión para la Dirección de Misiones Científicas de esta agencia. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA administra Webb para la agencia y supervisa el trabajo en la misión realizado por el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Northrop Grumman y otros socios de esta misión. Además del centro Goddard, varios centros de la NASA contribuyeron al proyecto, incluyendo el Centro Espacial Johnson de la agencia en Houston, el Laboratorio de Propulsión a Chorro en el sur de California, el Centro de Vuelo Espacial Marshall en Huntsville, Alabama y el Centro de Investigación Ames en Silicon Valley, California, entre otros.
Por Francis Reddy
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland
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