Webb proporciona nuevos conocimientos de la formación de las primeras estrellas y galaxias

Una de las preguntas más fundamentales en astronomía es: ¿Cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias? El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ya está proporcionando nuevos conocimientos sobre esta cuestión. Uno de los programas más grandes en el primer año de ciencia de Webb es el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES, que dedicará aproximadamente 32 días de tiempo de telescopio para descubrir y caracterizar galaxias débiles y distantes. Si bien los datos aún están llegando, JADES ya ha descubierto cientos de galaxias que existían cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. El equipo también ha identificado galaxias brillantes con una multitud de estrellas jóvenes y calientes.

"Con JADES, queremos responder a muchas preguntas, como: ¿Cómo se ensamblaron las primeras galaxias? ¿Qué tan rápido formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas?", dijo Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, codirectora del programa JADES.

Fábricas de estrellas

Ryan Endsley, de la Universidad de Texas en Austin, dirigió una investigación sobre 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 se llenó de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después del Big Bang, la niebla se había despejado 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 (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) de Webb para buscar firmas de formación estelar, 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 eran muy buenas para crear estrellas calientes y masivas", dijo Endsley.

Estas estrellas brillantes y masivas bombearon torrentes de luz ultravioleta, que transformaron el gas circundante de opaco a transparente ionizando los átomos, eliminando electrones de sus núcleos. Dado que estas galaxias tempranas tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, pueden haber 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 donde se formaron menos estrellas. Estos ataques y arranques pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de las materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. Alternativamente, dado que las estrellas masivas explotan rápidamente, pueden haber inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas.