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Kevin Hainline Puede viajar en el tiempo desde su escritorio. Bueno, él no puede físicamente lanzarse atrás en el tiempo. Pero como usuario de Telescopio espacial James Webb de la NASA (JWST)el astrónomo de la Universidad de Arizona observa regularmente galaxias de hace miles de millones de años, porque se necesitan eso Anhelan que la luz que emiten nos llegue desde el otro lado del cosmos. Y recientemente, rastreó uno más atrás que nunca en la historia del universo.

La galaxia que bate récords, llamada JADES-GS-z14-0nos aparece tal como existía 290 millones de años después de la Big Bang, cuando el universo tenía apenas el 2 por ciento de su edad actual de 13.800 millones de años. Esto lo sitúa dentro de una época misteriosa llamada amanecer cósmico—cuando las primeras estrellas del universo comenzaron a brillar y las galaxias se fusionaron. El antiguo poseedor del récord, una galaxia llamada JADES-GS-z13-0 que fue reportada en 2022 por Hainline y sus colegas en el Estudio extragaláctico profundo avanzado JWST (JADES) equipo de investigación, fue observado unos 325 millones de años después del Big Bang. Hainline reconoce que esta diferencia de edad puede parecer insignificante; Cósmicamente hablando, no suele suceder mucho en tan sólo 35 millones de años. Pero JADES-GS-z14-0 tiene propiedades que son muy diferentes de su contraparte un poco más antigua, lo que la convierte en una anomalía que hace que los expertos cuestionen cómo evolucionaron las primeras galaxias del universo. «Estaba escéptico de que fuera algo especial por varias razones», recuerda Hainline sobre su visión inicial de la galaxia. “Parecía demasiado grande y demasiado brillante… Pero en enero de este año, cuando confirmamos que, de hecho, era el nuevo poseedor del récord, simplemente me reí. Tuve que levantarme de la silla de mi oficina, caminar por el pasillo y mirar las caras de los otros científicos de JADES”.

Las dudas iniciales del grupo estaban bien fundadas, dice Brant Robertson, astrónomo y miembro de JADES en la Universidad de California, Santa Cruz, quien también es coautor del el documento preimpreso que informó el nuevo poseedor del récord. JWST ha estado revelando galaxias tempranas candidatas que parecen romper las expectativas de los expertos desde que comenzó a operar a principios de 2022, pero finalmente se demostró que algunas de ellas eran impostoras: galaxias más modernas mucho más cercanas a nosotros en el universo de lo que sugeriría el primer vistazo de JWST. Como era de esperar, dice Robertson, las galaxias más lejanas son las más difíciles de observar y verificar con precisión; sus cualidades pueden ser las más fascinantes pero merecen el mayor escepticismo.


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JADES-GS-z14-0 no fue una excepción a esta regla; Al principio, Hainline pensó que era sólo la mitad de otra galaxia. Tras un examen más detenido, descubrió que eso era ilusorio. La otra galaxia era un objeto «en primer plano», un sistema completamente diferente a miles de millones de años luz más cerca de nosotros que casualmente se superponía con JADES-GS-z14-0 en nuestra línea de visión. Una vez desenredada esa relación, las extrañas cualidades del candidato se hicieron más claras: si era una galaxia primitiva, JADES-GS-z14-0, era anormalmente grande y tenía una forma inusual. «En ese momento había estado observando miles de pequeñas galaxias borrosas», dice Hainline. “Pero luego apareció este y se lo envié primero a mi colega Jake Helton. [of the University of Arizona] y dijo: ‘Esto es realmente extraño’. Y después de investigarlo más durante algún tiempo, supe que teníamos que darle un espectro”.

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA capturó esta imagen de campo profundo para el programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES. Casi todos los objetos visibles en esta imagen son galaxias muy distantes. Las mediciones de seguimiento han revelado que una en particular, JADES-GS-z14-0 (que se muestra en la imagen extraíble), es la galaxia más distante conocida; Lo vemos aquí tal como apareció unos 290 millones de años después del Big Bang.

NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

Generado por un instrumento llamado espectrógrafo, un espectro Sirve como una especie de código de barras cósmico: una imagen de luz dividida en sus diversas longitudes de onda o colores, que los científicos pueden estudiar para revelar detalles que de otro modo estarían ocultos, como la distancia de un objeto a la Tierra. «JWST tiene un espectrógrafo que toma la luz de estas galaxias distantes y la dispersa como lo hace un prisma en las longitudes de onda que lo componen para formar un arco iris, básicamente», dice Robertson. “Basándonos en las características de ese arcoíris, podemos saber a qué distancia está una galaxia. Es más o menos como siempre confirmamos la distancia de cualquier sistema lejano”.

Los científicos utilizan el espectro de una galaxia para luego calcular su corrimiento al rojo cosmológico, un valor numérico que representa el estiramiento de la luz desde longitudes de onda más cortas y azules a longitudes más largas y rojas, causado por la expansión del espacio mismo entre una fuente de luz y un observador. Cuanto más lejos está un objeto, más rápido retrocede debido a la expansión cósmica y mayor es su corrimiento al rojo. Cada objeto celeste visible a simple vista está demasiado cerca para exhibir este efecto y, por lo tanto, tiene un corrimiento al rojo igual a cero. Un corrimiento al rojo de uno corresponde a una distancia de más de 10 mil millones de años luz. Los estudios de JWST mostraron que JADES-GS-z14-0 tiene un corrimiento al rojo de 14,32, el más alto jamás registrado. (JADES-GS-z13-0 tiene un corrimiento al rojo de 13,2).

Pero el corrimiento al rojo superlativo de esta nueva galaxia no es lo que la hace tan intrigante, dice Hainline. De hecho, el equipo de JADES sospecha que varios otros candidatos en espera de confirmación pueden tener corrimientos al rojo más altos y provenir de puntos incluso anteriores en la línea de tiempo del universo. En cambio, lo que hace que JADES-GS-z14-0 sea tan peculiar es su brillo, tamaño y color excepcionales, todo lo cual parece estar relacionado con su población de estrellas.

La mayoría de las galaxias primitivas conocidas son relativamente pequeñas y oscuras en comparación con las modernas, dice Robertson, principalmente porque su relativa juventud no les ha dado tiempo suficiente para crecer y cargarse de estrellas. JADES-GS-z14-0 parece ser un caso atípico, ya que aparece como una masa especialmente radiante que sugiere que tiene cientos de millones de veces la masa de nuestro sol en un diámetro de aproximadamente 1.700 años luz. (El diámetro de JADES-GS-z13-0, en comparación, es casi 10 veces más pequeño). Algunas teorías podrían aludir a que tal brillo proviene de un floreciente agujero negro supermasivo que se alimenta de gas en el centro de JADES-GS-z14-0. . Pero en ese caso, la luz suele concentrarse en una región mucho más pequeña. En cambio, la mejor explicación que han encontrado Hainline y sus colegas es que esta galaxia extremadamente joven de alguna manera ya ha fabricado alrededor de 500 millones de estrellas.

Sin embargo, la verdadera productividad estelar de la galaxia puede ser incluso mayor, debido a su extraño color. Las galaxias en crecimiento típicas producen tanto estrellas de gran masa, que brillan brillantes y azules durante unos 10 millones de años antes de morir, como estrellas de baja masa, que brillan más rojas y más débiles durante cientos de millones a miles de millones de años. Así pues, las galaxias jóvenes suelen ser muy azules porque la mayoría de sus estrellas brillantes y de gran masa aún no se han extinguido. Pero JADES-GS-z14-0 no es muy azul; en realidad, es bastante rojo. Stardust puede tener algo que ver con esto. «El polvo normalmente se crea cuando las estrellas expulsan su materia o mueren», dice Hainline. “El polvo galáctico hace que la luz que lo atraviesa parezca roja. Esto lo vemos claramente aquí en la Tierra cuando el polvo de nuestra atmósfera tiñe los atardeceres de rojo y naranja”. Otra señal de que el polvo de estrellas puede ser el culpable es el brillo del infrarrojo medio de la galaxia medido por JWST: una pista, según Hainline y sus colegas, de que JADES-GS-z14-0 está poblado de nubes de oxígeno ionizado, un elemento forjado en los corazones. de estrellas.

Sin embargo, si la explicación es el polvo de estrellas muertas, surge una pregunta más desconcertante: ¿Cómo es posible que una galaxia tan joven haya provocado ya tantas generaciones estelares? «Por lo general, los gases como el oxígeno aparecen sólo después de que grandes grupos de estrellas han vivido y muerto en explosiones de supernova», dice Hainline. «Entonces, ver oxígeno en una galaxia tan joven es como si fueras un antropólogo y encontraras una ciudad enorme y antigua que tiene evidencia de iPhones».

JADES-GS-z14-0 posa todo tipo de nuevas preguntas y teorías. Es el tipo de rareza emocionante que los investigadores esperaban que JWST pudiera revelar, dice Jeyhan Kartaltepe, profesor asociado de física y astronomía en el Instituto de Tecnología de Rochester y miembro del Encuesta científica de lanzamiento temprano de la evolución cósmica, un competidor de JADES que realiza un trabajo similar con JWST. «Desde que comenzó a tomar datos, JWST ha estado encontrando galaxias con corrimientos al rojo cada vez más altos, batiendo sus propios récords varias veces», dice. «Podemos estudiar estos sistemas y comenzar a comprender cómo se forman realmente galaxias como nuestra Vía Láctea».

Kartaltepe, Hainline y Robertson coinciden en que el poder del JWST aún no ha llegado a su límite; Ninguno de ellos se sorprendería si el telescopio revelara un nuevo récord de corrimiento al rojo dentro de un año. «Creo que esto es sólo el comienzo», dice Robertson. “Esta área específica [JADES has] estado estudiando es bastante pequeño. Hay áreas más grandes del cielo que aún no se han explorado y que tal vez hayan galaxias aún más brillantes y distantes.” El propio JADES-GS-z14-0 también requiere más investigación. «Estoy muy emocionado de ver qué hace la comunidad con este bicho raro», dice Hainline.