Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado datos del telescopio espacial James Webb para informar del descubrimiento de las galaxias más antiguas confirmadas hasta la fecha.
La luz de estas galaxias ha tardado más de 13.400 millones de años en llegar hasta nosotros, ya que estas galaxias se remontan a unos 330 millones de años después del big-bang, cuando el universo sólo tenía el 2% de su edad actual.
Los datos anteriores de Webb habían proporcionado candidatos para estas galaxias. Ahora, estos objetivos han sido confirmados mediante la obtención de observaciones espectroscópicas, que revelan patrones característicos y distintivos en las huellas dactilares de la luz procedente de estas galaxias increíblemente débiles.
"Era crucial demostrar que estas galaxias habitan, efectivamente, en el universo primitivo. Es muy posible que las galaxias más cercanas se hagan pasar por galaxias muy lejanas", afirma la astrónoma y coautora Emma Curtis-Lake, de la Universidad de Hertfordshire. "Ver el espectro reveló lo que esperábamos, confirmando que estas galaxias están en el verdadero límite de nuestra visión, ¡algunas más lejos de lo que el Hubble podía ver! Es un logro tremendamente emocionante para la misión".
Las observaciones fueron el resultado de la colaboración de científicos que dirigieron el desarrollo de dos de los instrumentos a bordo de Webb, la Cámara del Infrarrojo Cercano (NIRCam) y el Espectrógrafo del Infrarrojo Cercano (NIRSpec).
La investigación de las galaxias más débiles y tempranas fue la principal motivación detrás de los conceptos de estos instrumentos. En 2015, los equipos de instrumentos se unieron para proponer el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un ambicioso programa al que se ha asignado algo más de un mes del tiempo del telescopio repartido en dos años, y que está diseñado para proporcionar una visión del universo primitivo sin precedentes tanto en profundidad como en detalle, informa la NASA.
JADES es una colaboración internacional de más de ochenta astrónomos de diez países. "Estos resultados son la culminación de por qué los equipos de NIRCam y NIRSpec se unieron para ejecutar este programa de observación", compartió la coautora Marcia Rieke, investigadora principal de NIRCam, de la Universidad de Arizona en Tucson.
La primera ronda de observaciones de JADES se centró en la zona del campo ultraprofundo del telescopio espacial Hubble y sus alrededores. Durante más de 20 años, esta pequeña porción de cielo ha sido el objetivo de casi todos los grandes telescopios, construyendo un conjunto de datos excepcionalmente sensibles que abarcan todo el espectro electromagnético. Ahora Webb añade su visión única, proporcionando las imágenes más débiles y nítidas obtenidas hasta la fecha.
El programa JADES comenzó con NIRCam, empleando más de 10 días de misión para observar el campo en nueve colores infrarrojos diferentes, y produciendo exquisitas imágenes del cielo. La región es 15 veces mayor que las imágenes infrarrojas más profundas producidas por el telescopio espacial Hubble, y sin embargo es aún más profunda y nítida en estas longitudes de onda. La imagen sólo tiene el tamaño de un ser humano visto a una milla de distancia. Sin embargo, está repleta de casi 100.000 galaxias, cada una de ellas captada en algún momento de su historia, miles de millones de años en el pasado.
"Por primera vez, hemos descubierto galaxias solo 350 millones de años después del Big Bang, y podemos estar absolutamente seguros de sus fantásticas distancias", compartió el coautor Brant Robertson de la Universidad de California, Santa Cruz, miembro del Equipo científico de NIRCam. "Encontrar estas primeras galaxias en imágenes tan asombrosamente hermosas es una experiencia especial".
A partir de estas imágenes, las galaxias del universo primitivo se pueden distinguir por un aspecto revelador de sus colores de múltiples longitudes de onda. La longitud de onda de la luz se estira a medida que el universo se expande, y la luz de estas galaxias más jóvenes se ha estirado en un factor de hasta 14.
Los astrónomos buscan galaxias débiles que sean visibles en el infrarrojo pero cuya luz se corte abruptamente en una longitud de onda crítica. La ubicación del corte dentro del espectro de cada galaxia se desplaza por la expansión del universo. El equipo de JADES revisó las imágenes de Webb en busca de estos candidatos distintivos.
Luego utilizaron el instrumento NIRSpec, durante un solo período de observación que abarcó tres días, con un total de 28 horas de recopilación de datos. El equipo recolectó la luz de 250 galaxias débiles, lo que permitió a los astrónomos estudiar los patrones impresos en el espectro por los átomos de cada galaxia. Esto arrojó una medida precisa del corrimiento al rojo de cada galaxia y reveló las propiedades del gas y las estrellas en estas galaxias.
"Estos son, con mucho, los espectros infrarrojos más débiles jamás tomados", dijo el astrónomo y coautor Stefano Carniani de la Scuola Normale Superiore en Italia. "Revelan lo que esperábamos ver: una medición precisa de la longitud de onda de corte de la luz debido a la dispersión del hidrógeno intergaláctico".
Cuatro de las galaxias estudiadas son particularmente especiales, ya que se reveló que se encontraban en una época temprana sin precedentes. Los resultados proporcionaron una confirmación espectroscópica de que estas cuatro galaxias se encuentran en desplazamientos al rojo superiores a 10, incluidas dos en el desplazamiento al rojo 13. Esto corresponde a una época en que el universo tenía aproximadamente 330 millones de años, estableciendo una nueva frontera en la búsqueda de galaxias remotas. Estas galaxias son extremadamente débiles debido a la gran distancia que las separa de nosotros. Los astrónomos ahora pueden explorar sus propiedades.
