Un estudio internacional, realizado con el telescopio espacial James Webb (JWST) y en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), revela que el Universo fue capaz de producir galaxias extraordinariamente luminosas en épocas muy tempranas, cuando tenía algo menos del 3% de su edad actual. El resultado sugiere que estas galaxias formaron estrellas antes y más rápidamente de lo que los modelos teóricos predicen. El estudio también desenmascara una inusual galaxia que imita la emisión de una galaxia ultralejana. Los resultados se publican en la revista Nature.

Durante los primeros meses de actividad científica del JWST en 2022, el equipo científico del programa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), un cartografiado de campo profundo que emplea múltiples instrumentos del telescopio espacial, descubrió una cantidad sorprendentemente alta de galaxias en el Universo muy distante. Entre ellas encontraron algunas de las galaxias más antiguas jamás observadas, que se habrían formado cuando el Universo tenía menos de 500 millones de años. De hecho, una de ellas, denominada CEERS-93316, parecía estar aún más lejos y ser más luminosa, lo que podía significar un nuevo récord para la galaxia más temprana jamás observada.

Ahora, un nuevo estudio, liderado por el National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab) y realizado con el potente espectrógrafo infrarrojo NIRSpec del JWST, ha vuelto a observar varias de estas primeras galaxias brillantes y ha confirmado que dos de ellas, la apodada “Galaxia de Maisie” y CEERS2_588, son extraordinariamente jóvenes y brillantes. Estas galaxias se formaron sólo 390 y 410 millones de años después del Big Bang respectivamente, es decir, cuando el universo tenía menos del 3% de su edad actual. Además, son inesperadamente luminosas, lo que sugiere que formaron estrellas antes y más rápidamente de lo que predicen los modelos teóricos.

"Lo que distingue a la Galaxia de Maisie y a CEERS2_588 de las otras pocas galaxias confirmadas en esa época del Universo es que son más luminosas", afirma Pablo Arrabal Haro, investigador del NOIRLab que realizó su tesis doctoral en el IAC y primer autor del artículo. "Confirmar dos galaxias luminosas ultralejanas refuerza la idea de un rápido crecimiento de las galaxias en los primeros cientos de millones de años tras el Big Bang", añade.

El equipo científico, además de confirmar la edad de dos de estas primeras galaxias, también ha desenmascarado a la aspirante a galaxia más antigua jamás observada, CEERS-93316. Aunque anteriormente se pensaba que se había formado cuando el Universo tenía sólo 240 millones de años, en realidad pertenece a una época muy posterior, cuando el Universo tenía 1.200 millones de años.

“La combinación muy específica de desplazamiento al rojo, un fuerte oscurecimiento por polvo y otros patrones de emisión, daría lugar a una distribución de energía que imita la emisión de una galaxia ultralejana en las imágenes, lo que llevó a confusión a los equipos que analizaron los datos anteriores de CEERS”, señala Arrabal Haro.

Los resultados obtenidos no sólo impulsan la comprensión del Universo primitivo por parte de la comunidad científica al reforzar la abundancia de galaxias brillantes, sino que también subrayan la importancia de las observaciones de seguimiento para confirmar o refutar posibles descubrimientos revolucionarios.

“Por un lado, hemos verificado que existía una abundante población de galaxias sorprendentemente luminosas en épocas muy tempranas, que formaban estrellas más rápidamente de lo que habíamos previsto. Al mismo tiempo, CEERS-93316 ofrece un cuento con moraleja: los candidatos extraordinarios requieren pruebas concluyentes", explica Marc Huertas Company, investigador del IAC que ha participado en el estudio.

El equipo de CEERS ha observado, por ahora, más de mil galaxias débiles con NIRSpec. Por su parte, varios estudios liderados por el NOIRLab y la Universidad de Texas en Austin ya han confirmado 16 galaxias con edades cósmicas comprendidas entre 390 y 640 millones de años después del Big Bang. "Sin más información, los colores de las galaxias pueden engañarnos, pero el instrumento NIRSpec del JWST es una herramienta extraordinaria tanto para confirmar como para refutar los notables candidatos que el JWST está descubriendo", concluye Arrabal Haro.

Artículo: Arrabal Haro, P. et al. “Confirmation and refutation of very luminous galaxies in the early Universe”. Nature(2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06521-7

Contacto en el IAC:
Marc Huertas-Company, mhuertas [at] iac.es (mhuertas[at]iac[dot]es)