Las galaxias gigantes que vemos hoy en el universo, incluida nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, comenzaron siendo mucho más pequeñas. Las fusiones a lo largo de los 13.700 millones de años del universo formaron gradualmente las galaxias masivas de hoy. Pero es posible que hayan comenzado como meros cúmulos de estrellas.
En un esfuerzo por comprender las galaxias más primitivas, el JWST ha examinado su luz antigua en busca de pistas sobre cómo se volvieron tan masivas.
El JWST puede efectivamente retroceder en el tiempo cuando el universo tenía solo alrededor del 5% de la edad actual. En ese pasado lejano, las estructuras que eventualmente llegarían a ser tan masivas como la Vía Láctea, e incluso más grandes, tenían sólo alrededor de una décima parte de la masa que tienen ahora. ¿Qué pistas puede descubrir el poderoso telescopio espacial infrarrojo que nos muestren cómo las galaxias crecieron tanto?
Un nuevo artículo presenta observaciones JWST de una galaxia con un corrimiento al rojo z~8,3. Con ese corrimiento al rojo, la luz ha estado viajando durante más de 13 mil millones de años y comenzó su viaje sólo 600 millones de años después del Big Bang. La galaxia, llamada Firefly Sparkle, contiene una red de cúmulos estelares masivos que son evidencia de cómo crecen las galaxias.
El artículo se titula "El destello de la luciérnaga:las primeras etapas del ensamblaje de una galaxia tipo Vía Láctea en un universo de 600 millones de años de antigüedad". La autora principal es Lamiya Mowla, astrónoma observacional y profesora asistente de Física y Astronomía en Wellesley College. El artículo está en preimpresión en arXiv y aún no ha sido revisado por pares.
A pesar del poder del JWST, esta galaxia antigua y distante sólo es visible a través de las lentes gravitacionales de un cúmulo masivo de galaxias en primer plano. La lente hace que Firefly Sparkle parezca un arco. Otras dos galaxias también se encuentran en las cercanías, llamadas Firefly BF (Best Friend) y Firefly NBF (New Best Friend).
"Firefly Sparkle exhibe las características que se esperan de una futura galaxia tipo Vía Láctea capturada durante su etapa de formación más temprana y más rica en gas", escriben los autores. La masa de la joven galaxia se concentra en 10 cúmulos, que oscilan entre aproximadamente 200.000 y 630.000 masas solares. Según los autores, estos cúmulos "se encuentran en el límite entre las galaxias de baja masa y los cúmulos globulares de gran masa".
Estos cúmulos son importantes porque son pistas de cómo está creciendo la galaxia. Los investigadores pudieron medir las edades de los cúmulos y sus historias de formación estelar. Descubrieron que experimentaron un estallido de formación estelar aproximadamente al mismo tiempo. "Las edades de los cúmulos sugieren que están ligados gravitacionalmente con historias de formación estelar que muestran un estallido estelar reciente posiblemente provocado por la interacción con una galaxia compañera en el mismo corrimiento al rojo a una distancia proyectada de ~2 kpc de Firefly Sparkle".
Hay dos candidatos para la galaxia que interactúa:Firefly Best Friend (BF) y Firefly New Best Friend (NBF). Pero NBF está a aproximadamente 13 kpcs de distancia, mientras que BF está a aproximadamente dos kpcs de distancia, lo que convierte a BF en el probable interactuante. "En las esquinas del arco cerca de la vecina se ven débiles características de bajo brillo superficial, lo que sugiere una posible interacción entre las dos galaxias [FS y BF], que puede haber desencadenado un estallido de formación estelar en ambas", explica los investigadores.
Los investigadores prestaron especial atención al grupo central. Descubrieron que la temperatura es extremadamente alta, alrededor de 40.000 Kelvin (40.000°C; 72.000°F). También tiene una función de masa inicial muy pesada en la parte superior, una señal de que se formó en un ambiente muy pobre en metales. Estas observaciones y otras pruebas muestran que Firefly Sparkle es muy probablemente un progenitor de galaxias como la nuestra. Por estas razones, "... Firefly Sparkle proporciona un estudio de caso sin precedentes de una galaxia similar a la Vía Láctea en las primeras etapas de su ensamblaje en un universo de sólo 600 millones de años", escriben los autores.
Afortunadamente, los investigadores detrás de estos resultados tienen una poderosa simulación de supercomputadora para comparar las observaciones. Se llama Illustris TNG. Es una simulación magnetohidrodinámica cosmológica masiva basada en un modelo físico integral del universo. Illustris TNG ha realizado tres pruebas, denominadas TNG50, TNG 100 y TNG 300. Los investigadores compararon sus resultados con TNG 50.
Encontrar estos antiguos cúmulos de estrellas es intrigante, pero no podemos asumir que sobrevivirán intactos. Hay fuerzas de marea y de evaporación en juego. Los autores examinaron la estabilidad de los cúmulos de estrellas individuales y cómo les irá con el tiempo.
"Se espera que la mayoría de estos cúmulos estelares sobrevivan hasta el universo actual y se expandan y luego se rompan para formar el disco estelar y el halo de la galaxia", explican los autores. "La única forma de sobrevivir es ser expulsados a grandes distancias, lejos del denso campo de mareas de la galaxia". Los que son expulsados pueden persistir como cúmulos globulares.
Uno de los principales objetivos científicos del JWST es estudiar cómo se formaron y evolucionaron las galaxias en el universo primitivo. Al encontrar uno en el que todavía se están formando cúmulos, el telescopio espacial está alcanzando su objetivo.
"El Firefly Sparkle representa una de las primeras observaciones espectrofotométricas del JWST de una galaxia extremadamente lente que se ensambla con altos corrimientos al rojo, con cúmulos que están en proceso de formación en lugar de verse en épocas posteriores", concluyen los autores.
Más información: Lamiya Mowla et al, The Firefly Sparkle:Las primeras etapas del ensamblaje de una galaxia tipo Vía Láctea en un universo de 600 millones de años de antigüedad, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08696
Proporcionado por Universe Today
