Los datos de Webb sugieren que muchas galaxias tempranas eran largas y delgadas, no en forma de disco o esféricas.

17 de enero de 2024

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por la Universidad de Columbia

Investigadores de Columbia que analizan imágenes del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han descubierto que las galaxias en el universo temprano a menudo son planas y alargadas, como palitos de pan, y rara vez son redondas, como bolas de masa de pizza.

"Aproximadamente el 50 al 80% de las galaxias que estudiamos parecen estar aplanadas en dos dimensiones", explicó Viraj Pandya, becario de la NASA Hubble en la Universidad de Columbia y autor principal de un nuevo artículo que se publicará en The Astrophysical Journal y describe los hallazgos. El artículo se encuentra actualmente publicado en el servidor de preimpresión arXiv.

"Las galaxias que parecen palitos de pan largos y delgados parecen ser muy comunes en el universo temprano, lo cual es sorprendente ya que son poco comunes entre las galaxias en el universo actual".

El equipo se enfocó en un vasto campo de imágenes de infrarrojo cercano entregadas por Webb, conocido como Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, seleccionando las galaxias que se estima que existieron cuando el universo tenía entre 600 millones y 6 mil millones de años.

Aunque la mayoría de las galaxias distantes se parecen a palitos de pan, otras tienen forma de pizzas y bolas de masa de pizza. Las galaxias en forma de "bolas de masa de pizza" o en forma de esfera, parecen ser el tipo de galaxia más pequeño y también el menos identificado. Las galaxias en forma de pizza se encontraron que eran tan grandes como las galaxias en forma de palitos de pan a lo largo de su eje más largo. "Son más comunes en el universo cercano, que debido a la expansión continua del universo, está compuesto por galaxias más antiguas y maduras".

¿En qué categoría caería nuestra galaxia de la Vía Láctea si pudiéramos retroceder el reloj miles de millones de años? "Nuestra mejor suposición es que podría haber parecido más como un palito de pan", dijo el coautor Haowen Zhang, candidato a doctorado en la Universidad de Arizona en Tucson. Esta hipótesis se basa en parte en nuevas evidencias de Webb, ya que los teóricos han "retrocedido el reloj" para estimar la masa de la Vía Láctea miles de millones de años atrás, lo que sugiere su forma probable de palito de pan en el pasado distante.

Estas galaxias distantes también son mucho menos masivas que las espirales y elípticas cercanas, y son precursores de galaxias más masivas como la nuestra. "En el universo temprano, las galaxias tuvieron mucho menos tiempo para crecer", dijo Kartheik Iyer, coautor y becario de la NASA Hubble en la Universidad de Columbia.

"Identificar categorías adicionales para galaxias tempranas es emocionante, ahora hay mucho más por analizar. Ahora podemos estudiar cómo se relacionan las formas de las galaxias con su apariencia y proyectar mejor cómo se formaron con mucho más detalle".

Hubble, el telescopio espacial que se lanzó en 1990 y ha recopilado datos hasta el día de hoy, "ha mostrado desde hace mucho tiempo un exceso de galaxias alargadas", explicó el coautor Marc Huertas-Company, científico investigador de la facultad en el Instituto de Astrofísica de las Islas Canarias. Pero los investigadores aún se preguntaban: ¿Mostraría mayores detalles con la sensibilidad a la luz infrarroja que el telescopio Webb, que se lanzó en 2021?

"Webb confirmó que Hubble no se perdió ninguna característica adicional en las galaxias que ambos observaron. Además, Webb nos mostró muchas más galaxias distantes con formas similares, todas con gran detalle", dijo Huertas-Company.

Una pregunta, por supuesto, es por qué las galaxias tempranas tendían a ser tan aplanadas y alargadas. Una hipótesis, explicó Pandya, es que el universo temprano puede haber estado lleno de filamentos de materia oscura que formaron una especie de "estructura de soporte esquelético" o "autopista cósmica" por la que el gas y las estrellas se desplazaban. Estos filamentos aún existen pero se han vuelto mucho más difusos a medida que el universo se ha expandido, por lo que es menos probable que promuevan la formación de galaxias con forma de palitos de pan.

El artículo se titula "Galaxies Going Bananas" (Galaxias volviéndose locas), otra analogía de comida que surgió en las mentes de los autores al observar sus datos. Cuando los autores trazaron las relaciones de aspecto de las galaxias en función de su longitud de eje más largo, descubrieron que los diagramas que surgieron se parecían claramente a plátanos, una forma que refleja su forma alargada de elipsoide (es decir, de palito de pan).

"Los plátanos son otra manera de decir que estas galaxias intrínsecamente alargadas parecen ser las dominantes en los primeros 4 mil millones de años del universo", dijo Pandya.

Todavía hay brechas en nuestro conocimiento. Los investigadores no solo necesitan un tamaño de muestra aún mayor de Webb para refinar aún más las propiedades y las ubicaciones precisas de las galaxias distantes, sino que también deberán dedicar tiempo suficiente a ajustar y actualizar sus modelos para reflejar mejor las geometrías precisas de las galaxias distantes.

'These are early results,' said co-author Elizabeth McGrath, an associate professor at Colby College in Waterville, Maine. 'We need to delve more deeply into the data to figure out what's going on, but we're very excited about these early trends.'

Provided by Columbia University