Webb descubre galaxias antiguas que desafían toda explicación

NASA‘s Telescopio espacial James Webb Ha revelado objetos misteriosos en el universo temprano que desafían las teorías actuales sobre galaxias y planetas masivos. Agujero negro desarrollo.

Estos objetos contienen estrellas antiguas y agujeros negros masivos, mucho más grandes de lo esperado, lo que indica una forma rápida y poco convencional de formación temprana de galaxias. Los resultados resaltan discrepancias significativas con los modelos actuales, y las propiedades únicas de los objetos apuntan a una compleja historia cósmica temprana.

Un descubrimiento sorprendente en el comienzo del universo.

Un descubrimiento reciente realizado por el telescopio espacial James Webb de la NASA ha confirmado que los objetos luminosos extremadamente rojos detectados previamente en el universo temprano desafían ideas arraigadas sobre los orígenes y la evolución de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos.

Dirigido por investigadores de Penn State y utilizando el instrumento NIRSpec del JWST como parte del estudio RUBIES, el equipo internacional identificó tres objetos misteriosos que datan de entre 600 y 800 millones de años después. la gran explosiónEn una época en la que el universo tenía sólo el 5% de su edad actual. Anunciaron el hallazgo el 27 de junio en la revista Cartas de revistas astrofísicas.

Los científicos analizaron medidas espectroscópicas, o la intensidad de diferentes longitudes de onda de luz emitida por los objetos. Su análisis encontró firmas de estrellas «viejas», de cientos de millones de años, mucho más antiguas de lo esperado en un universo joven.

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ofrece una ventana al pasado distante del universo, capturando imágenes de las primeras galaxias y estrellas del universo, que se formaron hace más de 13.500 millones de años. Crédito de la imagen: Centro de Ciencias Espaciales Goddard de la NASA, Adriana M. Gutiérrez (Laboratorio CI)

Descubrimientos inesperados en la evolución galáctica

Los investigadores dijeron que también se sorprendieron al descubrir signos de agujeros negros supermasivos en los mismos objetos, que estiman que son entre 100 y 1.000 veces más masivos que el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia. vía LácteaNo se espera que nada de esto suceda en los modelos actuales de crecimiento de galaxias y formación de agujeros negros supermasivos, que predicen que las galaxias y sus agujeros negros crecerán juntos a lo largo de miles de millones de años de la historia del universo.

«Hemos confirmado que estos objetos parecen estar llenos de estrellas antiguas (de cientos de millones de años) en un universo que tiene sólo entre 600 y 800 millones de años», dijo Bingyi Wang, investigador postdoctoral en Penn State y autor principal del estudio. «Estos objetos tienen el récord de las huellas más antiguas de la luz de las estrellas antiguas». «Fue completamente inesperado encontrar estrellas antiguas en un universo tan joven. Los modelos estándar de cosmología y formación de galaxias han tenido un éxito increíble, sin embargo, estos objetos luminosos no encajan cómodamente en estas teorías».

Los investigadores descubrieron por primera vez estos objetos masivos en julio de 2022, cuando se publicó el conjunto de datos inicial de JWST. El equipo publicó un artículo de investigación en naturaleza Varios meses después, se anunció la existencia de estas cosas.

Desafíos en la observación cósmica

En ese momento, los investigadores sospechaban que estos objetos eran galaxias, pero continuaron su análisis tomando espectros para comprender mejor las verdaderas distancias de los objetos, así como las fuentes que alimentan su luz masiva.

Luego, los investigadores utilizaron los nuevos datos para pintar una imagen más clara de cómo son las galaxias y qué hay dentro de ellas. El equipo no sólo confirmó que estas galaxias eran en realidad galaxias cercanas al comienzo de los tiempos, sino que también encontró evidencia de agujeros negros sorprendentemente masivos y una población de estrellas sorprendentemente antigua.

«Es muy desconcertante», dijo Joel Lyga, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor de los dos artículos. «Se puede hacer que esto encaje incómodamente con nuestro modelo actual del universo, pero sólo si evocamos algo». formaciones extrañas y increíblemente rápidas al comienzo del tiempo. Esta es, sin duda, la colección de objetos más inusual e interesante que he visto en mi carrera».

El Telescopio James Webb fue diseñado para observar fenómenos que ocurrieron inmediatamente después del Big Bang, utilizando sus capacidades infrarrojas avanzadas para mirar a través del polvo cósmico y detectar estructuras ocultas en el espacio. Copyright: Northrop Grumman

Secretos de antiguas estructuras galácticas.

El Telescopio James Webb está equipado con sensores infrarrojos capaces de detectar la luz emitida por las estrellas y galaxias más antiguas. Lega dijo que este telescopio permite a los científicos ver lo que sucedió en el pasado hace unos 13.500 millones de años, es decir, cerca del comienzo del universo tal como lo conocemos.

Un desafío al analizar la luz antigua es que puede resultar difícil distinguir entre los tipos de objetos que pueden haber emitido luz. En el caso de estos primeros objetos, tienen características claras tanto de agujeros negros masivos como de estrellas antiguas. Sin embargo, explicó Wang, aún no está claro cuánta luz observada proviene de cada una, lo que significa que pueden ser galaxias tempranas inesperadamente antiguas que son incluso más masivas que nuestra propia Vía Láctea y se formaron mucho antes de lo que predicen los modelos, o pueden Las galaxias con mayor masa natural tendrían agujeros negros “supermasivos”, entre 100 y 1.000 veces más masivos que una galaxia de este tipo en la actualidad.

«Distinguir entre la luz emitida por la materia que cae en un agujero negro y la luz emitida por las estrellas en estos objetos pequeños y distantes es muy difícil», dijo Wang. «No poder notar la diferencia en el conjunto de datos actual deja mucho espacio para». interpretación de estos interesantes objetos, francamente, es «es emocionante que gran parte de este misterio siga sin resolverse».

Aparte de su inexplicable masa y edad, si parte de la luz proviene de agujeros negros supermasivos, entonces no son agujeros negros supermasivos ordinarios. Producen muchos más fotones ultravioleta de lo esperado, y objetos similares estudiados con otros instrumentos carecen de las características de los agujeros negros supermasivos, como el polvo caliente y la emisión brillante de rayos X. Pero quizás lo más sorprendente, dijeron los investigadores, es su tamaño.

“Los agujeros negros supermasivos generalmente están asociados con galaxias”, dijo Lyja. “Crecen juntos y pasan por todas sus principales experiencias de vida juntos, pero aquí tenemos un agujero negro adulto que vive dentro de lo que debería ser una galaxia bebé. Realmente no tiene sentido, porque estas cosas «Hay que crecer juntos, o al menos eso es lo que pensábamos».

Los investigadores también quedaron desconcertados por el tamaño extremadamente pequeño de estos sistemas, que tienen sólo unos pocos cientos de años luz de diámetro, casi mil veces más pequeños que nuestra Vía Láctea. El número de estrellas en estos sistemas es aproximadamente el mismo que el número de estrellas en nuestra Vía Láctea (el número de estrellas en estos sistemas oscila entre diez mil millones y un billón de estrellas), pero están confinados a un volumen aproximadamente mil veces menor. que la Vía Láctea.

Leija explicó que si tomáramos la Vía Láctea y la comprimiéramos al tamaño de las galaxias que encontramos, la estrella más cercana estaría ubicada aproximadamente en nuestro sistema solar. En cuanto al agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, que está a unos 26.000 años luz de distancia, estará sólo a unos 26 años luz de la Tierra y será visible en el cielo como una columna de luz gigante. .

«Estas primeras galaxias estaban llenas de estrellas, estrellas que debieron haberse formado de una manera que nunca habíamos visto antes, en condiciones que nunca esperábamos durante un período en el que nunca esperábamos verlas», dijo Lyja. Por alguna razón, el universo dejó de producir cosas como ésta después de sólo unos pocos miles de millones de años. «Es único en el universo temprano».

Los investigadores esperan continuar con más observaciones, que según ellos pueden ayudar a explicar algunos de los misterios de los objetos. Planean tomar espectros más profundos apuntando el telescopio a objetos durante largos períodos de tiempo, lo que ayudará a desentrañar las emisiones de las estrellas y un posible agujero negro supermasivo al identificar firmas de absorción específicas que pueden estar presentes en cada uno.

«Hay otra manera de lograr un gran avance, y ésta es la idea correcta», afirmó Lega. “Tenemos todas estas piezas del rompecabezas y sólo pueden resolverse si ignoramos el hecho de que algunas de ellas podrían romperse. Este problema se puede resolver con un golpe de genialidad que hasta ahora se nos ha escapado a nosotros, a todos nuestros colegas y a todo el equipo científico. comunidad.»

Referencia: “RUBIES: Cúmulos de estrellas con historias de formación extendidas en z ∼ 7–8 han evolucionado en galaxias masivas candidatas identificadas mediante JWST/NIRSpec” por Bingjie Wang, 冰洁王, Joel Leja, Anna de Graaff, Gabriel B. Brammer, Andrea Weibel, Pieter van Dokkum, Josephine F. W. Baggen, Katherine A. Suess, Jenny E. Greene, Rachel Bezanson, Nikko J. Cleri, Michaela Hirschmann, Ivo Labbé, Jorryt Matthee, Ian McConachie, Rohan P. Naidu, Erica Nelson, Pascal A Oesch, David J. Setton y Christina C. Williams, 26 de junio de 2024. Cartas de revistas astrofísicas.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7

Wang y Lija recibieron financiación del Programa de Observadores Públicos de la NASA. La investigación también contó con el apoyo del Instituto Internacional de Ciencias Espaciales de Berna. El trabajo se basa en parte en observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense. Los cálculos necesarios para la investigación se realizaron en la supercomputadora Rohr del Instituto de Computación y Ciencia de Datos de la Universidad Penn State.

Los coautores de la investigación incluyen a Anna de Graaf del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania; Gabriel Brammer del Centro Amanecer Cósmico y el Instituto Niels Bohr; Andrea Fiebel y Pascal Ochs de la Universidad de Ginebra; y Nico Cleary, Michaela Hirschmann, Peter van Dokkum y Rohan Naidu de la Universidad de Ginebra. Universidad de Yale; Ivo Lappé de la Universidad de Stanford; Jorrit Mathie y Jenny Green de Universidad de PrincetonIan McConachie y Rachel Bezanson de la Universidad de Pittsburgh; Josephine Baggin de la Universidad Texas A&M; Catherine Suss del Observatorio Soverny en Suiza; David Seaton del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT; Erica Nelson de la Universidad de Colorado; y Christina Williams del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Universidad de Arizona.