Las galaxias espirales, como la Vía Láctea, son como copos de nieve cósmicos y no hay dos exactamente iguales. Durante muchos años, los astrónomos creyeron que las espirales no podrían existir hasta que el universo tuviera aproximadamente la mitad de su edad actual. Ahora, una galaxia recién descubierta en el comienzo del universo desafía esa idea.
CEERS-2112 es uno de los primeros «copos de nieve cósmicos» con brazos en espiral y una barra en el medio. Lo sorprendente es que muestran esta estructura cuando el universo tenía sólo 2 mil millones de años. Esto es unos cinco mil millones de años antes de que los astrónomos esperaran que existiera algo así. El hecho de que haya un vórtice completamente formado tan temprano nos dice que nuestras ideas sobre la formación de galaxias en la historia cósmica temprana necesitan cierta recalibración.
Estudio del universo primitivo
Esta galaxia apareció en un estudio realizado por el Telescopio Espacial James Webb llamado Cosmic Evolution Early Emission Science (CEERS). Utiliza imágenes y espectroscopía JWST para estudiar el universo temprano y encontrar la primera galaxia. La galaxia CEERS-2112 fue analizada por un equipo internacional dirigido por el astrónomo Luca Constantin del Centro de Astrobiología de España.
Los resultados del CEERS deberían mostrar a los astrónomos la agrupación temprana de galaxias con altos corrimientos al rojo (distancias). También les ayudarán a estimar las condiciones relevantes para la formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros. Finalmente, este trabajo debería dar una idea clara sobre la formación de discos y bulbos galácticos. Esencialmente, los datos del CEERS deberían aumentar nuestro conocimiento sobre la primera luz y la reionización (que ocurrió después del Big Bang) y explicar la formación y evolución de las galaxias tempranas.
Las primeras imágenes de campo profundo de galaxias muy distantes muestran fragmentos de galaxias y cúmulos irregulares de estrellas en el universo primitivo. Esto quedó evidente en algunas de las primeras imágenes tomadas por el Telescopio Espacial Profundo Hubble. Las imágenes más alejadas en las fotos parecían más voluminosas y borrosas. Algunas de ellas parecen colisionar, lo que se ajusta al modelo colisional de formación de galaxias.
Formación de galaxias en el universo temprano.
Antes de la era del Hubble y el JWST, los astrónomos realmente creían que las galaxias espirales tardarían mucho en formarse. A menudo describen un modelo jerárquico de formación de galaxias. Aquí, pequeñas galaxias agrupadas chocan para formar galaxias más grandes. Con el tiempo, estos objetos comienzan a desarrollar estructuras como brazos y varillas en espiral.
«En este tipo de galaxias, las barras pueden formarse espontáneamente debido a inestabilidades en la estructura espiral o efectos gravitacionales de una galaxia vecina», dice el astrónomo y miembro del equipo Alexander de la Vega. Actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de California, Riverside. «En el pasado, cuando el universo era muy joven, las galaxias eran inestables y caóticas. Se pensaba que las barras no podían formarse ni durar mucho tiempo en las galaxias del universo primitivo.
Los brazos espirales probablemente sean el resultado de ondas de densidad que se mueven a través de la galaxia. Las barras también están formadas por ondas de densidad que irradian desde el centro. Esto comprime el material de los brazos y las barras, provocando estallidos de formación de estrellas. Esto podría explicar por qué estas regiones de galaxias parecen más brillantes, con sus poblaciones de estrellas jóvenes y calientes. Todo esto lleva tiempo lograrlo. Por eso los astrónomos han sugerido que se necesitaría aproximadamente la mitad de la vida del universo para formar galaxias espirales.
CEERS-2112 es parte del universo temprano
CEERS-2112 pone patas arriba el debate sobre la formación de espirales, según De la Vega. «El hallazgo de CEERS-2112 muestra que las galaxias del universo primitivo podrían haber estado dispuestas como la Vía Láctea», dijo. «Esto es sorprendente porque las galaxias eran mucho más caóticas en el universo primitivo y muy pocas de ellas tenían estructuras similares a la Vía Láctea».
Por supuesto, la presencia de CEERS-2112 en el universo naciente cambia los modelos teóricos sobre la formación temprana de galaxias. Por un lado, parece que no todo fue un revoltijo de extrañas formas de pequeñas galaxias. Si CEERS-2112 sirve de indicación, algunos de ellos eran bastante estables desde muy temprano en su existencia. Pueden albergar barras centrales y comienzos de brazos en espiral.
Además, esta temprana “formación organizada” apunta a la materia oscura y el papel que desempeñó poco después del Big Bang. «Es posible que estos modelos necesiten ajustarse a la cantidad de materia oscura que forma galaxias en el universo temprano, ya que se cree que la materia oscura influye en la velocidad a la que se forman las barras», dijo de la Vega.
El descubrimiento de CEERS-2112 nos muestra que se pueden detectar barras y espirales a edades muy tempranas, incluso en estas galaxias pequeñas, distantes y oscuras. Las observaciones del JWST también brindan a los astrónomos la oportunidad de hacer estimaciones firmes sobre la forma y masa de la barra central de esta galaxia.
Reconsiderando la teoría
El descubrimiento de CEERS-2112 nos obligará a repensar las condiciones que existían al principio del universo. Si bien los astrónomos alguna vez pensaron que pasar de un “cúmulo de estrellas” a un “vórtice de barrera” era un proceso que tomaba varios miles de millones de años, ahora parece que puede suceder mucho más rápidamente. «El descubrimiento de Ceers-2112 muestra que podría haber ocurrido en sólo una pequeña fracción de ese tiempo, alrededor de mil millones de años o menos», dijo de la Vega.
Este tipo de aparición rápida de brazos y barras espirales significa que el universo (y su componente de materia oscura) organizó sus estructuras muy rápidamente, a través de procesos de formación de estrellas y colisiones de galaxias.
para más información
Una galaxia similar a la Vía Láctea encontrada en el universo primitivo
Una forma de espiral que se asemeja a la Vía Láctea con un corrimiento al rojo de 3
Descripción general de CEERS
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