Un equipo de científicos utilizando el Telescopio Espacial James Webb ha descubierto una galaxia “al revés”, o de adentro hacia afuera que se formó hace aproximadamente 13.000 millones de años. Como si fuera una gran ciudad, la galaxia tiene su mayor densidad de estrellas en su núcleo.

Y a diferencia de la mayoría de galaxias, tal densidad disminuye a medida que se avanza desde el centro de la galaxia hacia los “suburbios” galácticos, lo que da a la galaxia su forma de “dentro hacia fuera”.

Aunque los científicos han visto galaxias con formas similares formarse en los últimos 10 millones de años, la capacidad única del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para mirar miles de millones de años atrás en el tiempo ha revelado una galaxia verdaderamente antigua que cobra vida de una forma muy parecida.

Sandro Tacchella, del Cavendish Laboratory de la Cambridge University y coautor del estudio, dijo en un comunicado:

“La cuestión de cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico es muy importante en astrofísica. Hemos tenido muchos datos excelentes de los últimos diez millones de años y de las galaxias de nuestro rincón del universo, pero ahora, con Webb, podemos obtener datos observacionales de miles de millones de años atrás en el tiempo, sondeando los primeros miles de millones de años de la historia cósmica, lo que abre todo tipo de nuevas preguntas”.

Nunca antes se había visto una galaxia tan interna y tan externa

En general, los astrónomos coinciden en que las galaxias estudiadas por telescopios anteriores que se formaron en los últimos 10 millones de años suelen hacerlo de una de estas dos maneras. Algunas acumulan gas de la nube que las rodea y lo utilizan como material y combustible para la formación de nuevas estrellas, mientras que otras galaxias crecen fusionándose con galaxias más pequeñas. Según los autores del estudio, el hallazgo de una galaxia que maduró tan rápidamente sólo 700 millones de años después del Big Bang podría ayudarles a responder viejas preguntas sobre cómo se formaron las galaxias a lo largo de la historia del universo.

Tacchella explica:

“Se espera que las galaxias empiecen siendo pequeñas, ya que las nubes de gas colapsan bajo su propia gravedad, formando núcleos muy densos de estrellas y, posiblemente, agujeros negros.

A medida que la galaxia crece y aumenta la formación de estrellas, es algo así como un patinador artístico que gira: a medida que el patinador tira de sus brazos, cobran impulso y giran cada vez más rápido”.

El funcionamiento de las galaxias es similar. A medida que pasa el tiempo y el gas se acumula desde más y más lejos, la galaxia gira cada vez más deprisa. Según Tacchella, esto explica por qué las galaxias suelen tener forma de espiral o de disco.

Astrónomos han utilizado el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA y la ESA para observar el crecimiento “de dentro afuera” de una galaxia en el universo primitivo, sólo 700 millones de años después del Big Bang. Crédito de imagen: Credit: JADES Collaboration

El telescopio espacial James Webb retrocede en el tiempo

Como parte del estudio JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), este trabajo consistió en escanear los distintos espectros de luz procedentes de NGC 1549 utilizando los instrumentos avanzados del JWST. Estos datos permitieron al equipo estimar el número y la ubicación de las estrellas más viejas y más jóvenes, que pudieron convertir en estimaciones de la masa estelar y la tasa de formación estelar.

Sorprendentemente, el equipo descubrió que la densidad del núcleo de la galaxia era similar a la de las galaxias elípticas masivas que se ven hoy en día, a pesar de que tienen 1.000 veces más estrellas que NGC 1549. También detectaron la distribución de formaciones estelares dentro-fuera de la galaxia que suele asociarse a galaxias mucho más jóvenes. El equipo afirma que sus modelos habían predicho este tipo de formación estelar. Pero antes del JWST, mirar 13 millones de años atrás para confirmar estos modelos era imposible.

William Baker, estudiante de doctorado en el Cavendish y coautor de la investigación, dijo:

“Una de las muchas razones por las que Webb es tan transformador para nosotros como astrónomos es que ahora somos capaces de observar lo que antes se había predicho a través de modelos. Es como poder comprobar tus deberes».

Debido a la naturaleza compacta de esta galaxia de adentro hacia afuera, el equipo dice que las imágenes individuales recogidas por el JWST fueron “modeladas hacia adelante” para tener en cuenta los «efectos instrumentales» durante el proceso de recogida de datos. Este modelado, que incluía prescripciones para la absorción de polvo y las emisiones de gas, reveló una gran cantidad de estrellas más viejas en el núcleo de la galaxia y la formación estelar activa en el disco exterior circundante. Incluso observaron un segundo «bulto» de formación estelar más alejado.

Su modelización también reveló que la masa estelar en la periferia de la galaxia parece duplicarse cada 10 millones de años. Los investigadores afirman que esto es “muy rápido”, ya que se espera que nuestra Vía Láctea duplique su masa cada 10.000 millones de años.

Galaxia NGC 1549. Crédito de imagen: Donald Pelletier / Wikimedia Commons

¿Era el Universo primitivo radicalmente distinto?

En la conclusión del estudio, los autores señalan que su análisis inicial de NGC 1549 sugiere que las condiciones en el universo primitivo podrían haber sido radicalmente distintas a las actuales. En concreto, plantean la hipótesis de que el denso núcleo galáctico y el elevado ritmo de formación estelar podrían significar que el universo primitivo era rico en el gas que esta galaxia interior necesitaba para formar nuevas estrellas a un ritmo tan rápido. Sin embargo, también admiten que se necesitarían más observaciones de galaxias formadas durante este período tan antiguo para ofrecer pruebas concluyentes de un Universo primitivo radicalmente distinto.

Tacchella afirma:

“Por supuesto, ésta es sólo una galaxia, así que necesitamos saber qué hacían otras galaxias en esa época. ¿Eran todas las galaxias como ésta? Ahora estamos analizando datos similares de otras galaxias.

Observando distintas galaxias a lo largo del tiempo cósmico, quizá podamos reconstruir el ciclo de crecimiento y demostrar cómo crecen las galaxias hasta alcanzar su tamaño actual”.

Los hallazgos de la investigación titulada “A core in a star-forming disc as evidence of inside-out growth in the early Universe” han sido publicados en Nature Astronomy.

[FT: cambridge]