La ciencia ficción tiende a pintar el borde de nuestra galaxia como un remanso desolado, pero en una de las primeras galaxias, el borde galáctico es el brillante y bullicioso centro de actividad, y el núcleo es el remanso envejecido.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) detectó recientemente una pequeña galaxia en el universo temprano, a más de 12 mil millones de años luz de distancia, cuyo núcleo estaba lleno de estrellas más antiguas que se desvanecían lentamente; toda la formación de nuevas estrellas calientes estaba ocurriendo en los bordes de la galaxia, no en el núcleo, como una versión cósmica de la expansión suburbana y los centros urbanos que morían lentamente. El crecimiento de adentro hacia afuera de esta antigua galaxia podría enseñarnos algo sobre la historia de nuestra Vía Láctea y cómo se compara con el resto del universo.
El astrofísico de la Universidad de Cambridge Sandro Tacchella y sus colegas publicaron su trabajo en el diario Naturaleza Astronomía.
Los sensibles instrumentos del JWST permiten a astrofísicos como Tacchella y sus colegas observar galaxias extremadamente distantes con más detalle que antes.
STScI
Las afueras de la galaxia son donde está la acción
Tendemos a imaginar las primeras galaxias del universo como manchas de luz rojizas, vagamente redondas, sin mucha estructura. Pero utilizando JWST, Tacchella y sus colegas encontraron recientemente una galaxia que, menos de mil millones de años después del Big Bang, ya había comenzado a evolucionar hacia algo más complejo.
“La cuestión de cómo evolucionan las galaxias con el tiempo es importante en astrofísica”, afirma Tacchella en una declaración reciente. “Al observar diferentes galaxias a lo largo del tiempo cósmico, podremos reconstruir el ciclo de crecimiento y demostrar cómo las galaxias crecen hasta su tamaño final en la actualidad”. Ese ha sido uno de los principales objetivos científicos del JWST.
Al igual que las galaxias elípticas modernas, esta antigua tiene un núcleo densamente poblado de estrellas, que se adelgazan hacia los bordes de la galaxia. Los instrumentos del JWST midieron los espectros de luz que brillan desde diferentes áreas de la galaxia, y Tacchella y sus colegas utilizaron esos datos para calcular la edad y la masa de las estrellas. Resulta que el denso núcleo galáctico está poblado principalmente por estrellas más viejas que se desvanecen lentamente, mientras que la mayoría de los nuevos y bulliciosos vecindarios estelares se encuentran en las afueras de la galaxia. Y esos florecientes suburbios galácticos están creciendo lo suficientemente rápido como para duplicar la masa de la galaxia cada 10 mil millones de años.
(A modo de comparación, nuestra Vía Láctea sigue creciendo, pero mucho más lentamente; duplicamos nuestra masa sólo cada 10 mil millones de años. La galaxia en el estudio reciente de Tacchella y sus colegas tiene sólo una cienmilésima parte de la masa de nuestra Vía Láctea, pero puede eventualmente alcanzarlo.)
Esta imagen compara el tamaño de la pequeña galaxia de Tacchella y sus colegas con una galaxia elíptica moderna del universo cercano.
Tacchella et al. 2024
Las galaxias en el universo cercano más reciente crecen de manera muy similar; A medida que una galaxia crece, su gravedad atrae gas intergaláctico cada vez más lejos, y las estrellas a menudo se forman cerca de los bordes de las galaxias, donde una mayor cantidad de ese gas gira en espiral hacia adentro. Las simulaciones predijeron que las galaxias antiguas deberían haber crecido de la misma manera, pero los astrónomos nunca habían visto que esto sucediera. En cambio, los astrónomos sólo han Fuimos testigos del crecimiento de estas primeras galaxias al chocar entre sí. en el abarrotado espacio del universo primitivo, fusionándose violentamente en galaxias más grandes. Pero las fusiones no parecen ocurrir con suficiente frecuencia como para explicar cómo las pequeñas manchas rojas de luz en el universo primitivo crecieron hasta convertirse en las enormes y complejas espirales y discos de estrellas de hoy.
“Las fusiones de galaxias conducen a la formación de muchas estrellas nuevas y, por lo tanto, son extremadamente brillantes y “fáciles” de encontrar”, dice Tacchella. Inverso. “Sin embargo, pensamos que estas fusiones son raras y que la mayoría de las galaxias crecen acumulando gas fresco. Sin embargo, no lo sabemos con certeza, particularmente (en el universo) en estos tiempos tempranos”.
Para comprender más acerca de cómo las galaxias del universo primitivo crecieron y evolucionaron hasta convertirse en las que vemos hoy, Tacchella y sus colegas necesitarán observar el proceso que ocurre en más de una galaxia primitiva. El equipo de astrofísicos ya está analizando datos de varias otras galaxias, comparando la cantidad de formación de nuevas estrellas que hay en sus núcleos y en sus bordes.
Es posible que después de cierto punto de sus vidas, todas las galaxias tiendan a tener núcleos envejecidos y deteriorados y afueras brillantes y de rápido crecimiento. Pero también es posible que las galaxias alternan entre la formación de nuevas estrellas en sus núcleos y en sus alrededores, tal vez dependiendo del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia o de la cantidad de gas intergaláctico disponible en las cercanías.
“El problema es que no podemos observar esta galaxia específica, ya que cambia con el tiempo cósmico (¡tendríamos que esperar millones de años!), por lo que tenemos que estudiar muchos sistemas y buscar patrones”, dice Tacchella.
