Los astrónomos han confirmado el descubrimiento de la segunda galaxia más remota de nosotros.

Y las estrellas ya son bastante viejas

En la fotografía grande a la izquierda, las galaxias del gran cúmulo MACS J1149 + 2223 son principalmente visibles. Las lentes gravitacionales del cúmulo gigante aumentaron la luz de la galaxia MACS 1149-JD recientemente descubierta unas 15 veces. La esquina superior derecha muestra con más detalle la parte ampliada de la imagen, y aún más se amplía en la parte inferior derecha.

Miramos hacia el espacio lo mejor que nos permitieron nuestros mejores telescopios, pero aún no hemos visto lugares donde no habría estrellas y galaxias. Hay una gran brecha entre la primera galaxia que encontramos, GN-z11 , que existía cuando el Universo tenía solo 400 millones de años, y la iluminación residual del Big Bang, preservada desde que el Universo tenía 380,000 años. Debe haber algunas primeras estrellas entre ellas, pero no tenemos forma de mirar directamente a esa distancia. Y hasta que tengamos un telescopio para ellos. James Webb , solo podemos operar con evidencia indirecta.


Al estudiar una parte cada vez más grande del Universo, miramos más al espacio y, por lo tanto, retrocedemos en el tiempo. El telescopio James Webb nos permitirá llegar directamente a las profundidades a las que el equipo actual no puede penetrar

Pero en el área de la evidencia indirecta, recibimos mucho refuerzo. Los científicos acaban de confirmar el descubrimiento de la segunda galaxia más remota, MACS1149-JD1, cuya luz nos ha llegado desde que el Universo tenía 530 millones de años, o el 4% de su edad actual. Es notable aquí que pudimos detectar oxígeno en él, y esta es la primera vez que se encuentra un elemento tan pesado en un pasado tan lejano. Con base en nuestras observaciones, podemos concluir que esta galaxia tiene al menos 250 millones de años, y esto empuja la evidencia de la existencia de las primeras estrellas aún más atrás.


Diagrama esquemático de la historia del universo, que indica reionización. Antes de la formación de estrellas o galaxias, el Universo estaba lleno de átomos neutros que bloqueaban la luz. La mayor parte del universo no experimentó reionización hasta 550 millones de años, pero varias regiones tuvieron más suerte y se reionizaron mucho antes.

Con base en la composición del Universo: 68% de energía oscura, 27% de materia oscura, 4.9% de materia normal, 0.1% de neutrinos y ≈ 0.01% de radiación, podemos simular cómo y cuándo se deben formar estrellas en él y galaxias Dado que podemos medir directamente las propiedades iniciales a la edad de 380,000 años, solo tenemos que tener en cuenta las leyes de la física y comenzar la evolución en el tiempo. Nuestras mejores simulaciones muestran una historia notable de la aparición de la red cósmica, cuya culminación conduce a la aparición de galaxias y sus cúmulos, separadas por enormes vacíos cósmicos en el universo en expansión con aceleración.



Si las leyes de la física son lo que consideramos que son, entonces podemos esperar un período, los siglos oscuros , cuando la gravedad atrae la materia hacia regiones de alta densidad, pero aún no se ha colapsado, no se ha comprimido lo suficiente como para formar estrellas. Las primeras estrellas podrían formarse entre 50 y 200 millones de años, y luego aparecería una gran cantidad de estrellas en muy poco tiempo. Los cúmulos de estrellas más pequeños se fusionaron en otros más grandes y, como resultado, en las protogalaxias, los bloques de construcción de las galaxias que vemos hoy. Como resultado, aproximadamente 550 millones de años después del Big Bang, se han formado suficientes estrellas para limpiar el Universo de átomos neutros que bloquean la luz, y podemos ver todo esto utilizando un telescopio óptico suficientemente potente.


La idea del artista del Universo temprano después de que se formaron, vivieron y murieron los primeros billones de estrellas. La existencia y el ciclo de vida de las estrellas es el proceso principal que enriquece el Universo con elementos fuera del hidrógeno y el helio, y la radiación emitida por las primeras estrellas lo hace transparente a la luz visible. Todavía no podemos observar directamente la población de las primeras estrellas.

¿Pero cuándo se iluminaron estas primeras estrellas? ¿Cuáles son sus propiedades, en qué se diferencian de hoy? ¿Qué tan rápido se quemaron cuando las primeras estrellas se formaron con planetas rocosos e ingredientes potenciales para la vida? ¿Existe una región preferida en el espacio para tales procesos?

Hasta ahora, podríamos mirar hacia atrás hasta 400 millones de años después del Big Bang, utilizando las mejores observaciones de la NASA, encontrando galaxias jóvenes ya desarrolladas. Recientemente, pudimos medir indirectamente un cierto signo de estrellas que se formaron incluso antes: cuando el Universo tenía 180 a 260 millones de años. Pensamos que tendríamos que esperar a que se lanzara el telescopio James Webb para confirmar estas mediciones.


Una falla significativa del gráfico es el resultado directo de un estudio reciente realizado por Bowman y sus colegas, que muestra la señal de la línea de hidrógeno de 21 cm , registrada cuando el Universo tenía entre 180 y 260 millones de años. Esto corresponde a la aparición de la primera ola de estrellas y galaxias en el Universo. Con base en esta evidencia, el comienzo del "amanecer cósmico" debe atribuirse al desplazamiento al rojo ≈ 22.

Pero un nuevo estudio del 16 de mayo de 2018, publicado en Nature, puede contener la evidencia necesaria de que las estrellas realmente existieron en esos primeros días. Hay muchos candidatos, galaxias ultra distantes, con colores infrarrojos o incluso infrarrojos, que hablan de su extrema lejanía. Pero antes de confirmar estas distancias, existe la posibilidad de que estos sean solo cuasags . Esta semana, uno de los candidatos para las primeras galaxias realmente resultó ser un cuasag ; esto sucede con bastante frecuencia y enfatiza que necesitamos confirmación.


El cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 223 de un tamaño impresionante, cuya luz ha estado encendida durante 5 mil millones de años, era el objetivo de uno de los programas de Hubble Frontier Fields (campos fronterizos). Este objeto masivo se somete a lentes gravitacionales a la luz de los objetos ubicados detrás de él, estirándolos y ampliándolos, y nos permite ver las afueras del espacio más distantes.

Pero la galaxia MACS1149-JD1 realmente resultó estar tan lejos como pensábamos, y se convirtió en la segunda galaxia más famosa desde la distancia. Y en él encontramos no solo los ingredientes de las primeras estrellas, hidrógeno y helio. Hubo oxígeno, y aunque este es el tercer elemento más abundante en el Universo, no apareció en el Big Bang, sino solo después de la vida y la muerte de la primera generación de estrellas.


Los restos de una supernova (izquierda) y nebulosas planetarias (derecha) son dos formas para que las estrellas procesen elementos pesados ​​quemados expulsados ​​al espacio interestelar y generen la próxima generación de estrellas y el planeta. Las primeras estrellas puras deberían haber aparecido antes de la supernova, las nebulosas planetarias o las fusiones de estrellas de neutrones contaminaban el espacio interestelar con elementos pesados. La detección de oxígeno en una galaxia tan ultra distante y su brillo nos dicen que ya tiene cientos de millones de años.

Los signos inconfundibles de la presencia de oxígeno y el brillo observado de la galaxia, así como los signos de hidrógeno que ayudaron a determinar con precisión la distancia a la misma, se observaron gracias a una combinación de cuatro observatorios remotos: ALMA , ESO VLT , Hubble y Spitzer . El brillo indica que las estrellas en la galaxia se han estado formando durante bastante tiempo, ya que lleva tiempo desarrollar estrellas para alcanzar el nivel observado. Esto nos permite dibujar una imagen del amanecer cósmico de esta galaxia, que corresponde a lo que sabemos: las primeras estrellas que formaron esta galaxia aparecieron 250 millones de años después del Big Bang.


Toda la historia del espacio es teóricamente conocida, pero solo cualitativamente. Solo confirmando y descubriendo las diversas etapas del pasado de nuestro Universo con la ayuda de observaciones, por ejemplo, la formación de las primeras estrellas y galaxias, podemos comprender verdaderamente nuestro universo. El Big Bang establece un límite fundamental sobre cuán lejos podemos ver en cualquier dirección.

Este es otro paso hacia profundidades cósmicas hasta ahora desconocidas. Nunca antes habíamos presenciado una galaxia tan distante con una población estelar confirmada de estrellas adultas. Según Richard Ellis , coautor del estudio:

Determinar el momento del comienzo del amanecer cósmico es el santo grial de la cosmología y la formación de galaxias. En el caso de MACS1149-JD1, pudimos investigar la historia más allá de lo que podemos ver con el equipo actual. Se ha restaurado el optimismo de que nos estamos acercando cada vez más a la observación directa del origen de la luz de las estrellas. Dado que todos constamos de material estrella reciclado, estamos hablando de encontrar nuestras fuentes reales.


Las primeras estrellas y galaxias del Universo estaban rodeadas de átomos neutros, principalmente gas hidrógeno, que absorbían la luz estelar. Todavía no podemos observar estas primeras estrellas directamente, pero podemos observar lo que sucede después de un cierto período de evolución cósmica, lo que nos permite suponer cuándo se formó una gran cantidad de estrellas.

Por primera vez, podemos suponer con éxito que las galaxias existieron cientos de millones de años antes de lo que podemos ver directamente. Estamos más cerca que nunca de una respuesta a la pregunta de cuándo aparecieron las primeras estrellas y galaxias desde la oscuridad del Universo primitivo. Y cuando se lance el telescopio James Webb en 2020, sabremos exactamente qué esperar cuando busquemos respuestas a una de las preguntas más importantes sobre el espacio.