Webb descubre cúmulos estelares gravitacionalmente ligados cuando el universo tenía 460 millones de años

Es la primera vez que se descubren cúmulos estelares en una galaxia joven que se formó menos de 500 millones de años después del Big Bang.

Las galaxias jóvenes en el universo temprano experimentaron fases significativas de formación estelar, generando grandes cantidades de radiación ionizante. Sin embargo, debido a sus distancias cosmológicas, los estudios directos de su contenido estelar han sido desafiantes.

Utilizando el Webb, un equipo internacional de astrónomos ha detectado ahora cinco cúmulos estelares jóvenes y masivos en el arco de Gemas Cósmicas (SPT0615-JD1), una galaxia fuertemente ampliada por lente gravitacional que emitía luz cuando el universo tenía aproximadamente 460 millones de años —es decir, retrocediendo el 97 % del tiempo cósmico—.

SPT0615-JD1 fue inicialmente descubierto en imágenes del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA obtenidas por el programa RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) del cúmulo de galaxias lente SPT-CL J0615−5746.

«Se piensa que estas galaxias son una fuente principal de la intensa radiación que reionizó el universo temprano», compartió la autora principal Angela Adamo de la Universidad de Estocolmo y el Centro Oskar Klein en Suecia. «Lo especial del arco de Gemas Cósmicas es que, gracias a la lente gravitacional, podemos resolver la galaxia a escalas de pársec».

Con el Webb, el equipo científico puede ver dónde se formaron las estrellas y cómo están distribuidas, de manera similar a cómo el telescopio Hubble se utiliza para estudiar galaxias locales. La visión del Webb ofrece una oportunidad única para estudiar la formación estelar y el funcionamiento interno de galaxias jóvenes a una distancia sin precedentes.

«La increíble sensibilidad y resolución angular del Webb en longitudes de onda del infrarrojo cercano, combinada con la lente gravitacional proporcionada por el masivo cúmulo de galaxias en primer plano, permitió este descubrimiento», explicó Larry Bradley del programa de observación que capturó estos datos.

«La sorpresa y el asombro fueron increíbles cuando abrimos las imágenes del telescopio por primera vez», añadió Adamo. «Vimos una pequeña cadena de puntos brillantes, reflejados de un lado a otro —¡estas gemas cósmicas son cúmulos estelares!—. Sin el Webb no habríamos sabido que estábamos viendo cúmulos estelares en una galaxia tan joven».

La importancia del descubrimiento

En nuestra Vía Láctea vemos antiguos cúmulos globulares de estrellas, que están ligados por gravedad y han sobrevivido durante miles de millones de años. Estos son antiguos relictos de una intensa formación estelar en el universo temprano, pero no se comprende bien dónde y cuándo se formaron estos cúmulos.

La detección de cúmulos estelares jóvenes y masivos en el arco de Gemas Cósmicas nos ofrece una visión única de las primeras etapas en la formación de cúmulos globulares. Estos nuevos cúmulos son extremadamente masivos y densos, y se localizan en una región muy reducida de su galaxia, contribuyendo de manera significativa a la luz ultravioleta emitida por su anfitriona. Además, son notablemente más densos que los cúmulos estelares cercanos.

El equipo señala que este descubrimiento conecta una variedad de campos científicos.

«Estos resultados proporcionan evidencia directa que indica que los proto-cúmulos globulares se formaron en galaxias débiles durante la era de reionización, lo que contribuye a nuestra comprensión de cómo estas galaxias lograron reionizar el universo», explicó Adamo. «También imponen importantes restricciones sobre la formación de cúmulos globulares y sus propiedades iniciales. Por ejemplo, las altas densidades estelares encontradas en los cúmulos nos brindan la primera indicación de los procesos que tienen lugar en sus interiores, dando nuevas ideas sobre la posible formación de estrellas muy masivas y semillas de agujeros negros, que son importantes para la evolución de las galaxias».

En el futuro, el equipo espera construir una muestra de galaxias para las cuales se puedan lograr resoluciones similares. Mientras tanto, se está preparando para futuras observaciones y espectroscopía con el Webb.

«Planeamos estudiar esta galaxia con los instrumentos NIRSpec y MIRI del Webb en el Ciclo 3», añadió Bradley. «Las observaciones con NIRSpec nos permitirán confirmar el corrimiento al rojo de la galaxia y estudiar la emisión ultravioleta de los cúmulos estelares, que se utilizarán para estudiar sus propiedades físicas con más detalle. Las observaciones con MIRI nos permitirán estudiar las propiedades del gas ionizado. Las observaciones espectroscópicas también nos permitirán mapear espacialmente la tasa de formación estelar».

Los resultados de esta observación han sido publicados esta semana en Nature.

Fuente: ESA/Webb. Edición: MP.