Descubren oxígeno en la galaxia más lejana conocida

 Dos equipos diferentes de astrónomos y astrónomas han detectado oxígeno en la galaxia conocida más distante, JADES-GS-z14-0. El descubrimiento, dado a conocer en dos estudios separados, fue posible gracias a ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio. Esta detección sin precedentes está haciendo que la comunidad astronómica se replantee la rapidez con la que se formaron las galaxias en el universo primitivo.

Descubierta el año pasado, JADES-GS-z14-0 es la galaxia confirmada más distante jamás descubierta: está tan lejos que su luz tardó 13.400 millones de años en llegar a nosotros, lo que significa que la vemos tal y como era cuando el universo tenía menos de 300 millones de años, aproximadamente el 2% de su edad actual. La nueva detección de oxígeno con ALMA, un conjunto de telescopios instalado en el desierto de Atacama, en Chile, sugiere que la galaxia es químicamente mucho más madura de lo esperado.

"Es como encontrar a un adolescente donde solo esperarías encontrar bebés", declara Sander Schouws, doctorando en el Observatorio de Leiden (Países Bajos) y primer autor del estudio dirigido por el equipo holandés, ahora aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal. "Los resultados muestran que la galaxia se ha formado muy rápidamente y también está madurando a gran velocidad, lo que se suma a un creciente cuerpo de evidencia de que la formación de galaxias ocurre mucho más rápido de lo que se esperaba".

Las galaxias suelen comenzar su vida cargadas de estrellas jóvenes, formadas principalmente por elementos ligeros como el hidrógeno y el helio. A medida que las estrellas evolucionan, crean elementos más pesados como el oxígeno, que se dispersan por su galaxia anfitriona después de morir. La comunidad científica pensaba que, cuando el universo tenía unos 300 millones de años, aún era demasiado joven para contener galaxias llenas de elementos pesados. Sin embargo, los dos estudios de ALMA indican que JADES-GS-z14-0 tiene aproximadamente 10 veces más elementos pesados de lo esperado.

"Me sorprendieron estos resultados inesperados porque abrieron una nueva visión sobre las primeras fases de la evolución de las galaxias", afirma Stefano Carniani, de la Escuela Normal Superiore de Pisa (Italia) y autor principal del artículo ahora aceptado para su publicación en Astronomy & Astrophysics. "La evidencia de que haya una galaxia ya madura en el universo infantil plantea preguntas sobre cuándo y cómo se formaron las galaxias".

La detección de oxígeno también ha permitido a la comunidad astronómica hacer que sus mediciones de distancia a JADES-GS-z14-0 sean mucho más precisas. "La detección de ALMA ofrece una medición extraordinariamente precisa de la distancia de la galaxia hasta una incertidumbre de solo el 0,005 por ciento. Este nivel de precisión, análogo a tener una precisión de 5 cm en una distancia de 1 km, ayuda a refinar nuestra comprensión de las propiedades de las galaxias distantes", agrega Eleonora Parlanti, estudiante de doctorado en la Scuola Normale Superiore de Pisa y autora del estudio que se publica en Astronomy & Astrophysics [1].

"Aunque la galaxia fue descubierta originalmente con el telescopio espacial James Webb, ALMA fue quien confirmó y determinó con precisión su enorme distancia", declara el profesor asociado Rychard Bouwens, miembro del equipo del Observatorio de Leiden. "Esto demuestra la asombrosa sinergia entre ALMA y JWST para revelar la formación y evolución de las primeras galaxias".

Gergö Popping, astrónomo de ESO en el Centro Regional Europeo ALMA (que no participó en los estudios), afirma: "Me sorprendió mucho esta clara detección de oxígeno en JADES-GS-z14-0. Sugiere que las galaxias pueden formarse más rápidamente después del Big Bang de lo que se pensaba. Este resultado muestra el importante papel que desempeña ALMA a la hora de desentrañar las condiciones bajo las cuales se formaron las primeras galaxias en nuestro universo".

Notas

[1] La comunidad astronómica utiliza una medida conocida como corrimiento al rojo para determinar la distancia a objetos extremadamente distantes. Las mediciones anteriores indicaban que la galaxia JADES-GS-z-14-0 estaba en un corrimiento al rojo de entre 14,12 y 14,4. Con las detecciones de oxígeno, ambos equipos ahora lo han reducido a un corrimiento al rojo de alrededor de 14.18.

[2] El telescopio espacial James Webb es un proyecto conjunto de la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

Información adicional

Esta investigación fue presentada en dos artículos que aparecen en Astronomy & Astrophysics (https://aanda.org/10.1051/0004-6361/202452451) y en The Astrophysical Journal.

Los equipos están compuestos por:

Artículo científico liderado por Italia y publicado en la revista Astronomy & Astrophysics: Stefano Carniani (Escuela Normal Superior, Pisa, Italia [SNS]); Francesco D’Eugenio (Instituto Kavli de Cosmología, Universidad de Cambridge, Cambridge, Reino Unido [CAM-KIC]; Laboratorio Cavendish, Universidad de Cambridge, Cambridge, Reino Unido [CAM-CavL] e INAF – Observatorio Astronómico de Brera, Milán, Italia); Xihan Ji (CAM-KIC y CAM-CavL); Eleonora Parlanti (SNS); Jan Scholtz (CAM-KIC y CAM-CavL); Fengwu Sun (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EE.UU. [CfA]); Giacomo Venturi (SNS); Tom J. L. C. Bakx (Departamento de Espacio, Tierra & Medio ambiente, Universidad Chalmers de Tecnología, Gotemburgo, Suecia); Mirko Curti (Observatorio europeo Austral, Garching -cerca de Múnich, Alemania); Roberto Maiolino (CAM-KIC, CAM-CavL y Departamento de Física y Astronomía, Universidad College de Londres, Londres, Reino Unido [UCL]); Sandro Tacchella (CAM-KIC y CAM-CavL); Jorge A. Zavala (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Tokio, Japón); Kevin Hainline (Observatorio Steward, Universidad de Arizona, Tucson, EE.UU. [UArizona-SO]); Joris Witstok (Centro Cosmic Dawn, Copenhague, Dinamarca [DAWN] y CAM-CavL); Benjamin D. Johnson [CfA]; Stacey Alberts [UArizona-SO]; Andrew J. Bunker (Departamento de Física, Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido [Oxford]); Stéphane Charlot (Universidad de la Sorbona, CNRS, Instituto de Astrofísica de París, París, Francia); Daniel J. Eisenstein (CfA); Jakob M. Helton (UArizona-SO); Peter Jakobsen (DAWN e Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Copenhague, Dinamarca); Nimisha Kumari (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU.); Brant Robertson (Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU.); Aayush Saxena (Oxford y UCL); Hannah Übler (CAM-KIC y CAM-CavL); Christina C. Williams (NSF NOIRLab, Tucson, EE.UU.); Christopher N. A. Willmer (UArizona-SO) y Chris Willott (NRC Herzberg, Victoria, Canadá).

Artículo científico liderado por Países Bajos y publicado en la revista The Astrophysical Journal: Sander Schouws (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos [Leiden]); Rychard J. Bouwens (Leiden); Katherine Ormerod (Instituto de Investigación en Astrofísica, Universidad John Moores de Liverpool, Liverpool, Reino Unido [LJMU]); Renske Smit (LJMU); Hiddo Algera (Centro de Ciencias Astrofísicas de Hiroshima, Universidad de Hiroshima, Hiroshima, Japón, y Observatorio astronómico Nacional de Japón, Tokio, Japón); Laura Sommovigo (Centro de Astrofísica  Computacional, Instituto Flatiron, Nueva York, EE.UU.); Jacqueline Hodge (Leiden); Andrea Ferrara (Escuela Normal Superior, Pisa, Italia); Pascal A. Oesch (Departamento de Astronomía, Universidad de Ginebra, Versoix, Suiza; Centro Cosmic Dawn, Copenhague, Dinamarca, e Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Copenhague, Dinamarca); Lucie E. Rowland (Leiden); Ivana van Leeuwen (Leiden); Mauro Stefanon (Leiden); Thomas Herard-Demanche (Leiden); Yoshinobu Fudamoto (Centro de Ciencias de Frontera, Universidad de Chiba, Chiba, Japón); Huub Rottgering (Leiden) y Paul van der Werf (Leiden).

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwán, y por el NINS, en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

La detección de oxígeno más lejana en el universo primitivo

Esta imagen muestra la ubicación precisa en el cielo nocturno de la galaxia JADES-GS-z14-0, un punto extremadamente pequeño en la constelación de Fornax. A día de hoy, esta es la galaxia confirmada más distante que conocemos. Su luz tardó 13.400 millones de años luz en llegar hasta nosotros y muestra las condiciones del universo cuando solo tenía 300 millones de años. El recuadro de la imagen muestra un primer plano de esta galaxia primordial vista con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). El recuadro se superpone a una imagen tomada con el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA.

Cuando dos equipos de investigación estudiaron esta galaxia con ALMA, operado por ESO y sus socios internacionales, descubrieron algo inesperado: el espectro de la galaxia indicaba la presencia de oxígeno. Esta es la detección de oxígeno más distante de la historia, y desafía lo que sabíamos sobre la formación de galaxias en el universo temprano. La presencia de elementos pesados como el oxígeno sugiere que estas primeras galaxias evolucionaron más rápidamente de lo que pensábamos. Es como encontrar a un adolescente donde solo esperarías encontrar bebés.

Crédito:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Espectro de oxígeno en la galaxia más distante conocida

El recuadro de esta imagen muestra a JADES-GS-z14-0, la galaxia conocida más distante hasta el día de hoy, tal y como se ve con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Los dos espectros que se muestran aquí son el resultado de un análisis independiente de los datos de ALMA realizado por dos equipos de astrónomos y astrónomas. Ambos equipos encontraron una línea de emisión de oxígeno, lo que la convierte en la detección más distante de oxígeno, cuando el Universo tenía solo 300 millones de años.

Crédito:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Reproducción artística de JADES-GS-z14-0

Esta es una reproducción artística de JADES-GS-z14-0, que a día de hoy es la galaxia confirmada más distante. Las galaxias del universo temprano tienden a ser grumosas e irregulares. Las explosiones de supernovas en esta galaxia habrían esparcido elementos pesados forjados dentro de las estrellas, como el oxígeno, que ahora se ha detectado con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Crédito:

ESO/M. Kornmesser

Vista de amplio campo de la región del cielo que rodea a JADES-GS-z14-0

Esta vista de amplio campo del sondeo Digitized Sky Survey 2 muestra la región del cielo que hay alrededor de JADES-GS-z14-0, la galaxia más distante conocida hasta ahora. La galaxia se encuentra en el centro del encuadre, pero aquí es demasiado débil para ser vista. Las observaciones llevadas a cabo con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han revelado la presencia de oxígeno en esta galaxia, la detección más lejana de oxígeno realizada hasta ahora.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

VIDEO

Descubren oxígeno en la galaxia más lejana

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2507a/

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), se ha detectado oxígeno en JADES-GS-z14-0, la galaxia más distante conocida hasta ahora. Esta es la detección más temprana de oxígeno realizada hasta el momento, y es muy intrigante. ¿A qué velocidad evolucionaron las galaxias en una fase tan temprana como para enriquecerse con elementos pesados como el oxígeno?

En este episodio de Chasing Starlight, te mostraremos todo lo que hay detrás de este increíble logro y explicaremos cómo está cambiando lo que sabíamos sobre las condiciones del universo primitivo.

Para obtener más detalles, consulte: https://www.eso.org/public/news/eso25xx-almaoxygen/.

 

Crédito:

ESO

Directed by: L. Calçada, M. Kornmesser

Hosted by: S. Randall

Written by: S. Randall

Editing: M. Kornmesser, L. Calçada

Videography: A. Tsaousis

Animations & footage: ESO, ALMA, M. Kornmesser, L. Calçada, C. Malin (christophmalin.com), B. Tafreshi, NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab, DSS, NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Music: VIDEVO

Cuándo nació el oxígeno

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2507b/

Esta reproducción artística muestra a JADES-GS-z14-0, la galaxia más lejana confirmada hasta la fecha. Vemos esta galaxia tal y como era cuando el universo tenía menos de 300 millones de años, aproximadamente el 2% de su edad actual. Se pensaba que tales galaxias eran demasiado jóvenes como para contener elementos pesados, pero el descubrimiento de oxígeno por dos equipos de astrónomos y astrónomas sugiere que este no es el caso. En cambio, como muestra esta recreación, JADES-GS-z14-0 debe haber tenido múltiples generaciones de estrellas naciendo y muriendo como supernovas, produciendo y dejando atrás elementos pesados como el oxígeno. Este elemento ha sido detectado gracias a la extrema sensibilidad del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), operado por ESO y sus socios internacionales.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser

Acercándonos a JADES-GS-z14-0

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2507c/

Este vídeo nos acerca a la galaxia JADES-GS-z14-0, la galaxia más distante confirmada hasta la fecha. Gracias al Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA), un telescopio operado por ESO y sus socios internacionales, equipos de astrónomos y astrónomas han descubierto, tras examinar su espectro de luz, la presencia de un elemento sorprendente: el oxígeno. La presencia de elementos pesados como el oxígeno sugiere que la formación de estas primeras galaxias ocurrió mucho más rápido de lo que pensábamos, lo que debe haber hecho que nacieran y murieran varias generaciones de estrellas. 

Las diversas imágenes que se muestran aquí, mezcladas para crear este zoom, provienen de diferentes telescopios en diferentes momentos, terminando con un primer plano de la galaxia tal y como la vio ALMA, junto con el espectro obtenido por dos equipos de investigación independientes.

Para obtener más detalles, consulte el comunicado de prensa relacionado: https://www.eso.org/public/news/eso2507/.

Crédito:

ESO/L. Calçada/N. Risinger (skysurvey.org)/Digitized Sky Survey 2/DESI/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA). Music: Astral Electronic

Fuente: Observatorio Europeo Austral