Observan cómo crece una galaxia «de dentro afuera» en el universo primitivo
Astrónomos exploran con ayuda del telescopio James Webb el crecimiento «de dentro afuera» de una galaxia del universo temprano, solo 700 millones de años después del big bang.
Por Enrique Coperías
La galaxia NGC 1549, retratada 700 millones después del big bang. Crédito: JADES Collaboration
La galaxia, bautizada como NGC 1549, es cien veces más pequeña que la Vía Láctea, pero para sorpresa de los astrónomos resulta ser sorprendentemente madura para una época tan joven del universo.
Al igual que ocurre en una gran ciudad, esta galaxia tiene una densa colección de estrellas en su núcleo, y se vuelve menos densa a medida que nos acercamos al extrarradio galáctico. Y como ocurre en una gran urbe, esta galaxia está empezando a expandirse, con una aceleración de la formación estelar en sus suburbios.
Estamos ante el registro más temprano de crecimiento galáctico visto «de dentro afuera». Hasta la puesta en órbita del telescopio espacial James Webb de la NASA, los astrónomos no habían tenido la ocasión de explora el crecimiento de galaxias tan jóvenes en la historia del universo.
De nubes de gas a complejas galaxias
Aunque las imágenes obtenidas con el James Webb representan una instantánea en el tiempo, los investigadores, dirigidos por expertos de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, afirman que el estudio de galaxias similares podría ayudarnos a comprender cómo se transforman, a partir de nubes de gas, en las complejas estructuras que observamos hoy en día. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista Nature Astronomy.
«La cuestión de cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico es muy importante en astrofísica», afirma Sandro Tacchella, coautor del estudio y miembro del Laboratorio Cavendish, en la nota de prensa emitida por la Universidad de Cambridge. Y añade—: Hemos cosechado muchos datos excelentes de los últimos diez millones de años [de vida del cosmos] y de las galaxias que pueblan nuestro rincón del universo, pero ahora, con el James Webb, podemos obtener datos observacionales de miles de millones de años atrás en el tiempo».
En palabras de Tacchella, «esto nos permite sondear en los primeros miles de millones de años de la historia cósmica. Se trata de una oportunidad que abre todo un abanico de nuevos interrgantes».
Cómo crecían las primeras galaxias
Las galaxias que observamos en la actualidad crecen mediante dos mecanismos principales: o bien atraen gas para formar nuevas estrellas, o bien crecen fusionándose con galaxias más pequeñas. Si estos mecanismos fueron los mismos en el universo temprano es un enigma que los astrónomos esperan resolver con los poderosos ojos del James Webb.
“Esperas que las galaxias empiecen siendo pequeñas, ya que las nubes de gas se colapsan bajo su propia gravedad, formando núcleos muy densos de estrellas y, posiblemente, agujeros negros —explica Tacchella. Y añade—: A medida que la galaxia crece y aumenta la formación de estrellas, se asemeja a un patinador artístico cuando estira los brazos: la galaxia cobra impulso y gira cada vez más rápido».
Las galaxias son algo parecido a esta figura del patinador: «con gas que se acreta más tarde desde distancias cada vez mayores haciendo girar la galaxia hacia arriba, razón por la que a menudo forman espirales o discos», dice Tacchella.
Un auténtico paritorio estelar
Esta galaxia, observada como parte de la colaboración JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), está pariendo estrellas de forma incesante en el universo temprano. Tiene un núcleo extremadamente denso, que, a pesar de su relativa juventud, muestra una densidad similar a la de las galaxias elípticas masivas actuales, que contienen mil veces más estrellas que NGC 1549. La mayor parte de la génesis estelar ocurre lejos del núcleo, con un grupo paridor de estrellas situado incluso a una distancia aún mayor.
La actividad de formación estelar aumenta considerablemente en el extrarradio de la galaxia, ya que la producción estelar se expande y la galaxia crece en tamaño. Este tipo de crecimiento había sido predicho por modelos teóricos, pero con el James Webb ahora es posible observarlo.
«Una de las muchas razones por las que el James Webb es tan transformador para los astrónomos es que ahora podemos observar lo que antes se predecía a través de modelos — apunta William Baker, un estudiante de doctorado en el Laboratorio Cavendis y coautor del trabajo. Y añade—: Es como poder verificar tu trabajo».
Crecimiento «salvaje» en los suburbios de la galaxia
El James Webb, ha hecho posible que los investigadores extraigan información de la luz emitida por la galaxia en diferentes longitudes de onda, que luego han utilizado para estimar el número de estrellas jóvenes frente a las estrellas más antiguas. UN trabajo que ha permitido estimar la masa estelar y la tasa de formación estelar de NGC 1549.
Como la galaxia es tan compacta, las imágenes individuales de ella se «modelaron hacia delante», para tener en cuenta los efectos instrumentales.
Gracias a una modelización de la población estelar que tiene en cuenta la emisión de gas y la absorción de polvo, los investigadores descubrieron estrellas más viejas en el núcleo, mientras que el disco que lo rodea está experimentando una formación estelar muy activa.
Los astrónomos han utilizado el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA/ESA para observar el crecimiento «de dentro afuera» de una galaxia en el universo temprano, solo 700 millones de años después del big bang. Crédito: Colaboración JADES
NGC 1549 duplica su masa estelar en las afueras aproximadamente cada diez millones de años, lo que es muy rápido: la Vía Láctea solo duplica su masa cada 10.000 millones de años.
La densidad del núcleo galáctico, así como la alta tasa de formación estelar, sugieren que esta joven galaxia está rica en el gas necesario para formar nuevas estrellas, lo que podría reflejar condiciones diferentes en el universo temprano.
«Por supuesto, esta es soloo una galaxia, así que necesitamos saber qué hacían otras galaxias de esa época —advierte Tacchella. Y concluye—: ¿Eran todas las galaxias como esta? Ahora estamos analizando datos similares de otras galaxias. Observando distintas galaxias a lo largo del tiempo cósmico, quizá podamos reconstruir el ciclo de crecimiento y demostrar cómo crecen las galaxias hasta alcanzar su tamaño actual».▪️
Información facilitada por la Universidad de Cambridge
Fuente: Baker, W. M., Tacchella, S., Johnson, B. D. et al. A core in a star-forming disc as evidence of inside-out growth in the early Universe. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02384-8
