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Una de las mayores incógnitas en astronomía es cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Ahora, gracias a nuevas observaciones del telescopio espacial James Webb de la NASA, que nos está brindando unas vistas sin precedentes del universo, tenemos algunas pistas.
Uno de los programas más grandes en el primer año de ciencia de Webb es el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES, que se dedicará a descubrir y caracterizar galaxias distantes y tenues.
Si bien los datos aún están llegando, JADES ya ha descubierto cientos de galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. También se han identificado galaxias que brillan con una multitud de estrellas jóvenes y calientes.
“Con JADES, queremos responder muchas preguntas, como: ¿Cómo se ensamblaron las primeras galaxias? ¿Qué tan rápido formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas?”, comenta en un comunicado Marcia Rieke, de la Universidad de Arizona en Tucson, codirectora del programa JADES.
Ryan Endsley, de la Universidad de Texas, dirigió una investigación sobre las galaxias que existieron entre 500 y 850 millones de años después del Big Bang. Este fue un momento crucial conocido como la época de la reionización.
Durante cientos de millones de años después del Big Bang, el universo estuvo lleno de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después del Big Bang, la niebla se disipó y el universo se volvió transparente, un proceso conocido como reionización.
Los científicos han debatido si los agujeros negros supermasivos activos o las galaxias llenas de estrellas jóvenes y calientes fueron la causa principal de la reionización.
Como parte del programa JADES, Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias con el instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para buscar señales de formación de estrellas, y las encontraron en abundancia.
“Casi todas las galaxias que estamos encontrando muestran estas firmas de líneas de emisión inusualmente fuertes que indican una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para crear estrellas calientes y masivas”, explica Endsley.
Estas estrellas masivas y brillantes emitieron torrentes de luz ultravioleta, que transformó el gas circundante de opaco a transparente al ionizar los átomos, eliminando electrones de sus núcleos.
Dado que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido el principal impulsor del proceso de reionización. La reunión posterior de los electrones y los núcleos produce las líneas de emisión distintivamente fuertes.
Endsley y sus colegas también encontraron evidencia de que estas galaxias jóvenes experimentaron períodos de rápida formación estelar intercalados con períodos tranquilos en los que se formaron menos estrellas.
Otro elemento del programa JADES implica la búsqueda de las primeras galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 400 millones de años.
Al estudiar estas galaxias, los astrónomos pueden explorar cómo la formación de estrellas en los primeros años después del Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad.
Investigadores de la Universidad de Arizona utilizaron el instrumento NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb para identificar más de 700 galaxias candidatas que existían cuando el universo tenía entre 370 y 650 millones de años.
La gran cantidad de estas galaxias estaba mucho más allá de las predicciones de las observaciones realizadas antes del lanzamiento de Webb. La exquisita resolución y sensibilidad del observatorio están permitiendo a los astrónomos obtener una mejor vista de estas galaxias.
“Anteriormente, las primeras galaxias que podíamos ver parecían pequeñas manchas. Y, sin embargo, esas manchas representan millones o incluso miles de millones de estrellas al comienzo del universo”, dice Kevin Hainline, de la Universidad de Arizona. “Ahora, podemos ver agrupaciones de estrellas naciendo solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos”.