Los astrónomos descubren ‘fósiles cósmicos’ en formación, la galaxia químicamente más primitiva jamás vista, mirando hacia el borde del tiempo |

Durante los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, el universo primordial estuvo envuelto en nubes de hidrógeno y helio. Los elementos más pesados, como el carbono y el oxígeno, que forman algunos de los componentes básicos de la vida, aparecieron sólo después de que estas nubes se fusionaran en los núcleos de las primeras estrellas.

Hace mucho tiempo, los astrónomos no disponían de telescopios lo suficientemente potentes como para observar las lejanas y antiguas regiones del espacio donde comenzaba la formación de elementos pesados. Pero el lanzamiento del telescopio espacial James Webb les permitió capturar la luz que irradiaban estas estrellas hace miles de millones de años. Según un artículo publicado el mes pasado en NaturalLos investigadores ahora han capturado rastros de las galaxias químicamente más primitivas.

Los nuevos datos provienen de LAP1-B, una galaxia 800 millones de años después de que se formara el universo. Para registrar este objeto distante, los investigadores necesitaron una luz tenue a 13 mil millones de años luz de distancia, una lupa equipada con la gravedad de un cúmulo de galaxias y el telescopio espacial más poderoso de la historia de la astronomía.

Las galaxias recién formadas están llenas de elementos que los astrónomos llaman ‘metal‘… cualquier cosa más pesada que el hidrógeno y el helio. Sin embargo, el Big Bang no produjo estos metales: fueron producidos por la combinación de elementos ligeros en los densos núcleos de las estrellas y luego se dispersaron en el espacio cuando las estrellas explotaron como supernovas. Cuanto más antigua es una galaxia, menos metal contiene.

Esto es lo que hace que el LAP1-B sea tan especial. El nuevo análisis muestra que su concentración de metal es aproximadamente 1/240 de la concentración encontrada en nuestro sol, un mínimo histórico y una señal de que se origina en el universo primitivo. «Cuando vi por primera vez el espectro de LAP1-B, me emocioné de inmediato», dijo el autor principal. Kimihiko Nakajimaun astrónomo de la Universidad de Kanazawa en Japón, dijo Smithsonian revista. «El espectro muestra líneas claras de emisión de hidrógeno, pero casi ninguna señal de las líneas de emisión de oxígeno que se observan comúnmente en las galaxias normales». La falta de oxígeno, dijo, «sugiere que LAP1-B puede ser un sistema muy pobre en metales, como esperábamos».

Las observaciones de LAP1-B son, literalmente, historia cosmológica. tan retrasado grieta La luz emitida por estrellas y galaxias distantes, procedente del balanceo de un bate de béisbol en la distancia, no llega directamente a nuestros telescopios. Como resultado, las observaciones de LAP1-B mostraron a los astrónomos cómo era el objeto cuando sus fotones, o partículas de luz, comenzaron su viaje. Lo mismo ocurre con otros paisajes celestes: el cielo es un cementerio lleno de fósiles cósmicos, y los astrónomos, equipados con lentes de alta calidad en lugar de palas, excavan en ellos para comprender cómo se formó el universo.

Por supuesto, los fósiles rara vez emergen intactos del suelo: a medida que la tierra circundante se deforma y se erosiona, también lo hacen los restos fósiles antiguos. Lo mismo ocurre con la luz. Como Edwin Hubble he encontrado en 1929, el espacio mismo continuó expandiéndose. A su vez, estira las ondas de luz que lo atraviesan, como dos extremos de un Slinky que son arrastrados en direcciones opuestas. Este efecto se conoce como “corrimiento al rojoporque la expansión de la longitud de onda de la luz la mueve hacia los lados rojo e infrarrojo del espectro de colores. Cuanto más lejos esté la fuente de luz, mayor será el desplazamiento de la luz hacia el rojo. Para los telescopios estándar que no pueden capturar fotones en el infrarrojo alto, este corrimiento al rojo, combinado con el débil poder de la luz distante, hace que las galaxias como LAP1-B sean casi invisibles.

Pero JWST, que está diseñado específicamente para detectar y registrar luz infrarroja, no es estándar. Se encuentra detrás del tamaño de una cancha de tenis. protección solarque reduce la temperatura de la superficie del telescopio casi 600 grados Fahrenheitmanteniendo sus espejos e instrumentos más fríos que la superficie de Plutón. En este entorno, el telescopio está libre de interferencias del calor solar, lo que lo mantiene sensible a las señales infrarrojas del espacio.

Incluso con estas innovaciones, la luz del LAP1-B sigue siendo demasiado tenue para grabar directamente. Por suerte, los astrónomos pueden utilizar una lupa gravitacional: un cúmulo de galaxias llamado MACS J0416, situado entre la Tierra y LAP1-B. La gravedad del cúmulo deforma el tejido del espacio-tiempo que lo rodea, doblando y concentrando fotones de las fuentes de luz detrás de él. El equipo apuntó con JWST a esta lente natural, que amplió LAP1-B 100 veces. Con más de 30 horas de observaciones, el equipo calculó la cantidad de oxígeno y otros elementos pesados ​​en sus objetivos de largo alcance.

Estas galaxias primitivas nos acercan a los orígenes de los metales en el universo. Como señala Nakajima, otras galaxias han sido previamente “identificadas como candidatas prometedoras para sistemas químicos primitivos”. Pero LAP1-B es entre 10 y 100 más pequeña que otras galaxias pobres en metales, añadió, e incluso entre esas galaxias, su abundancia de oxígeno es muy baja. «En conjunto», dice Nakajima, «estas propiedades hacen de LAP1-B uno de los laboratorios más interesantes conocidos actualmente para estudiar cómo las estrellas de primera generación enriquecieron el universo». Como Evan Kirbyun astrónomo de la Universidad de Notre Dame que no participó en el artículo, dijo Científico americanoLee Billings, «Esta es la galaxia que los evolucionistas químicos quieren que JWST descubra».

Los investigadores sostienen que LAP1-B confirma dos predicciones de larga data en astronomía. Primera preocupación Población estelar IIIla primera generación de estrellas, formada a partir de nube Hidrógeno puro y helio producidos por el Big Bang. Las teorías existentes sugieren que cuando estas estrellas gigantes mueren en explosiones de supernova, dispersan algo de carbono y oxígeno en su entorno. Según el análisis de Nakajima y su equipo, LAP1-B contiene una firma similar, lo que indica que las estrellas de Población III sembraron la galaxia primitiva con sus metales. «Encontramos que LAP1-B mostró un aumento notable en la proporción de carbono a oxígeno», dijo Nakajima, «muy consistente con las predicciones teóricas sobre el resultado químico de las supernovas de Población III».

La segunda predicción se refiere a una clase de galaxias llamadas casi libres de metales. galaxias enanas ultra débiles (UFD).: Dominada por enormes halos de materia oscura y sólo un puñado de estrellas, la UFD las tiene ha sido observado durante mucho tiempo orbitando la Vía Láctea. Los científicos teorizan que las UFD son restos quemados de galaxias más antiguas y volátiles que son demasiado pequeñas para contener el metal expulsado por sus estrellas en explosión.

LAP1-B parece ser el progenitor de estas galaxias. Al igual que las UFD, las galaxias primitivas tienen una masa muy ligera, casi no contienen metal y probablemente contienen grandes halos de materia oscura. Basándose en estas similitudes, los investigadores concluyeron que LAP1-B es el ancestro del UFD visto hoy, lo que lo convierte en el primer ancestro observado directamente por los astrónomos.

«Las UFD no son sólo las galaxias más débiles; también están formadas por estrellas antiguas de más de 12 mil millones de años y a menudo se las describe como ‘fósiles del universo'» Masami Ouchiastrónomo del Observatorio Astronómico Nacional de Japón y uno de los autores del estudio, dijo en un declaración. «Los astrónomos sospechaban que podrían ser restos de las primeras galaxias del universo porque carecen de elementos pesados, pero nunca tuvieron una conexión directa, hasta que descubrimos LAP1-B».

Kirby advirtió que Científico americano que «la interpretación del equipo de LAP1-B… requiere la corroboración de observaciones futuras y de otros grupos de investigación». Varios astrónomos ya han comenzado ese trabajo. Por ejemplo, Nakajima y sus colegas observaron el rápido movimiento del gas en las galaxias y argumentaron que la materia ordinaria por sí sola no podía explicar la velocidad. Esto les llevó a concluir la existencia de un halo de materia oscura en el centro de la galaxia, que ejerce una atracción gravitacional adicional. Pero Eli Visbalun astrofísico teórico de la Universidad de Toledo, y sus colegas presentaron otra propuesta papel que la velocidad es causada por la eyección de estrellas moribundas. «No se puede estar en desacuerdo» con las mediciones de movimiento del equipo, dijo Visbal. Smithsonian revista. «Pero nuestra interpretación es diferente».

Sin embargo, el historial de importación de LAP1-B es muy extenso. «Lo interesante», dice Nakajima, «es que LAP1-B puede ser sólo el comienzo. Con JWST y futuras instalaciones, ahora tenemos la oportunidad de buscar sistemáticamente galaxias que cierren la brecha entre las primeras estrellas y las galaxias más evolucionadas que observamos hoy en todo el universo».