Un equipo internacional dirigido por la UNIGE muestra que galaxias rojas y apagadas están presentes solo 700 millones de años después del Big Bang, lo que indica que el cese de la formación de estrellas ocurre antes de lo esperado.
Los científicos han pensado durante mucho tiempo que solo deberían observarse galaxias en plena formación estelar en el Universo joven. El telescopio espacial James Webb revela hoy que algunas galaxias han dejado de formar estrellas antes de lo previsto.
Tres espectros del instrumento JWST/NIRSpec. La galaxia récord se representa en el centro.
© NASA/CSA/ESA, A. Weibel, P. A. Oesch (University of Geneva), RUBIES team: A. de Graaff (MPIA Heidelberg), G. Brammer (Niels Bohr Institute), DAWN JWST Archive
Un reciente descubrimiento, realizado por un equipo internacional dirigido por la Universidad de Ginebra (UNIGE), acentúa la tensión entre los modelos teóricos de la evolución cósmica y las observaciones. Entre cientos de espectros obtenidos gracias al programa Webb RUBIES, el equipo identificó una galaxia récord que ya había dejado de formar estrellas en una época en que estas normalmente están en pleno crecimiento. Este estudio se publica en el
Astrophysical Journal.
En el Universo primitivo, aproximadamente la mitad de las galaxias observadas han dejado de formar estrellas: están "apagadas" y ya no crecen. Los astrónomos las califican como galaxias "quiescentes", "
quenched" o también "rojas y muertas". Aparecen rojas porque ya no contienen estrellas jóvenes y luminosas de color azul — solo quedan estrellas más antiguas y pequeñas, con tonalidades rojizas.
Algunos factores clave de los modelos teóricos deben ser reevaluados.
Una parte importante de galaxias quiescentes se encuentra entre las galaxias masivas, a menudo observadas con morfologías elípticas. La formación de estas galaxias rojas y muertas normalmente toma mucho tiempo, ya que primero deben acumular un gran número de estrellas antes de que el proceso de formación estelar se detenga por completo. La causa exacta del quenching sigue siendo un enigma.
"Encontrar los primeros ejemplos de galaxias masivas quiescentes (MQG) en el Universo primitivo es esencial, ya que ilumina sus posibles mecanismos de formación", explica Pascal Oesch, profesor asociado del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y coautor del estudio. La búsqueda de estos sistemas ha sido un objetivo principal de los astrónomos durante años.
Observaciones que contradicen los modelos
Gracias a los avances tecnológicos, especialmente la espectroscopía en el infrarrojo cercano, los astrónomos han podido identificar gradualmente galaxias masivas quiescentes (MQG) en épocas cósmicas cada vez más remotas. Su abundancia contradice los modelos teóricos, que preveían un tiempo de formación más largo.
Con el telescopio James Webb (JWST), esta contradicción entre teoría y observaciones se ha intensificado, confirmándose varias MQG con un redshift de 5, es decir, 1.200 millones de años después del Big Bang — un período relativamente corto en la escala del tiempo astronómico. Hoy, el nuevo estudio dirigido por la UNIGE revela que se formaron aún antes y más rápido.
En el Ciclo 2 del JWST, el programa de campo amplio RUBIES (
The Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey), uno de los mayores programas europeos dedicados a la investigación extragaláctica con el instrumento NIRSpec, obtuvo observaciones espectroscópicas de varios miles de galaxias, incluyendo cientos de fuentes recién descubiertas gracias a las primeras imágenes del JWST.
El récord de la galaxia "apagada" más lejana
Entre estos nuevos espectros, los científicos identificaron la galaxia masiva quiescente (MQG) más distante jamás observada, con un redshift espectroscópico de 7.29, es decir, unos 700 millones de años después del Big Bang. El espectro obtenido con NIRSpec/PRISM revela una población estelar sorprendentemente envejecida en un Universo aún joven.
Un modelado detallado del espectro y los datos de imagen muestra que esta galaxia formó una masa estelar de más de 10 mil millones (10¹⁰) de masas solares durante los primeros 600 millones de años después del Big Bang, antes de detener abruptamente su formación estelar, confirmando así su estado quiescente.
"El descubrimiento de esta galaxia, llamada RUBIES-UDS-QG-z7, implica que las galaxias masivas quiescentes durante los primeros mil millones de años del Universo son más de 100 veces más abundantes de lo que predicen los modelos actuales", explica Andrea Weibel, doctorando del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primer autor del estudio. Esto sugiere que algunos factores clave de los modelos teóricos — como los efectos de los vientos estelares o la intensidad de los flujos de materia inducidos por la formación estelar y los agujeros negros masivos — deben ser reevaluados.
Nuevas perspectivas sobre el núcleo de las galaxias
Finalmente, el tamaño de RUBIES-UDS-QG-z7 es de solo unos 650 años luz, lo que implica una alta densidad estelar, comparable a las densidades centrales más altas medidas en galaxias quiescentes con redshifts ligeramente inferiores. Es probable que estas galaxias se conviertan en los núcleos de las galaxias elípticas más antiguas y masivas observadas en el Universo local.
"El descubrimiento de RUBIES-UDS-QG-z7 proporciona la primera evidencia sólida de que los centros de algunas galaxias elípticas masivas cercanas quizás ya estaban en su lugar desde los primeros cientos de millones de años del Universo", concluye Anna de Graaff, investigadora postdoctoral en el Instituto Max Planck de Astronomía de Heidelberg, iniciadora del programa RUBIES y segunda autora del artículo.
Esta investigación se publica en el
Astrophysical Journal.
DOI:
10.3847/1538-4357/adab7a
Fuente: Universidad de Ginebra