No mucho después del Big Bang, las primeras generaciones de estrellas comenzaron a alterar la composición química de las galaxias primitivas, enriqueciendo lentamente el medio interestelar con elementos básicos como oxígeno, carbono y nitrógeno. Encontrar los primeros rastros de estos elementos comunesarrojaría luz importante sobre la evolución química de las galaxias, incluida la nuestra.
Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ALMA revelan la débil y reveladora firma de oxígeno proveniente de una galaxia a una distancia récord de 13.28 mil millones de años luz de la Tierra, lo que significa que estamos observando este objeto comoapareció cuando el universo tenía solo 500 millones de años, o menos del 4 por ciento de su edad actual.
Para que una galaxia tan joven, conocida como MACS1149-JD1, contenga rastros detectables de oxígeno, debe haber comenzado a forjar estrellas incluso antes: apenas 250 millones de años después del Big Bang. Esto es excepcionalmente temprano en la historia del universoy sugiere que los entornos químicos ricos evolucionaron rápidamente.
"Me emocionó ver la señal del oxígeno más distante", explica Takuya Hashimoto, autor principal del trabajo de investigación publicado en la revista Naturaleza y un investigador en la Universidad de Osaka Sangyo y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
"Esta galaxia extremadamente lejana y extremadamente joven tiene una notable madurez química", dijo Wei Zheng, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, quien dirigió el descubrimiento de esta galaxia con el telescopio espacial Hubble y estimó su distancia.también es miembro del equipo de investigación de ALMA. "Es realmente notable que ALMA haya detectado una línea de emisión, la huella digital de un elemento en particular, a una distancia tan récord".
Después del Big Bang, la composición química del universo fue muy limitada, ni siquiera un rastro de elementos como el oxígeno. Se necesitarían varias generaciones de estrellas y supernovas para sembrar el joven cosmos con cantidades detectables de oxígeno, carbono,y otros elementos forjados en los corazones de las estrellas.
Después de que fueron liberados de sus hornos estelares por las supernovas, estos átomos de oxígeno se abrieron paso hacia el espacio interestelar. Allí se sobrecalentaron y fueron ionizados por la luz y la radiación de estrellas masivas. Estos átomos ionizados calientes luego "brillaron" brillantemente enluz infrarroja. A medida que esta luz viajaba por las vastas distancias cósmicas a la Tierra, se expandía por la expansión del universo, y finalmente se transformaba en la luz distinta de longitud de onda milimétrica que ALMA está específicamente diseñada para detectar y estudiar.
Al medir el cambio preciso en la longitud de onda de esta luz, de infrarrojo a milímetro, el equipo determinó que esta señal indicadora de oxígeno viajó 13,28 mil millones de años luz para llegar a nosotros, lo que la convierte en la firma de oxígeno más distante jamás detectadapor cualquier telescopio. Esta estimación de distancia fue confirmada por observaciones de hidrógeno neutro en la galaxia por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. Estas observaciones verifican independientemente que MACS1149-JD1 es la galaxia más distante con una medición de distancia precisa.
El equipo luego reconstruyó la historia de la formación de estrellas en la galaxia utilizando datos infrarrojos tomados con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. El brillo observado de la galaxia se explica bien por un modelo donde se inició la formación de estrellashace otros 250 millones de años. El modelo indica que la formación estelar se volvió inactiva después de que se encendieron las primeras estrellas. Luego fue revivida en la época de las observaciones de ALMA: 500 millones de años después del Big Bang.
Los astrónomos sugieren que el primer estallido de formación estelar expulsó el gas de la galaxia, lo que suprimiría la formación estelar por un tiempo. El gas luego volvió a caer en la galaxia conduciendo al segundo estallido de formación estelar. El recién nacido masivoLas estrellas en la segunda explosión ionizaron el oxígeno entre las estrellas; son esas emisiones las que se han detectado con ALMA.
"La población estelar madura en MACS1149-JD1 implica que las estrellas se estaban formando incluso antes, más allá de lo que podemos ver actualmente con nuestros telescopios. Esto tiene implicaciones muy emocionantes para encontrar el 'amanecer cósmico' cuando surgieron las primeras galaxias".agrega Nicolas Laporte, investigador del University College London / Université de Toulouse y miembro del equipo de investigación.
"Estoy seguro de que la combinación futura de ALMA y el telescopio espacial James Webb jugará un papel aún mayor en nuestra exploración de la primera generación de estrellas y galaxias", dijo Zheng.
ALMA ha establecido el récord del oxígeno más distante varias veces. En 2016, Akio Inoue de la Universidad Osaka Sangyo y sus colegas encontraron la señal de oxígeno a 13.1 mil millones de años luz de distancia con ALMA. Varios meses después, Nicolas Laporte de la UniversidadCollege London utilizó ALMA para detectar oxígeno a 13.200 millones de años luz de distancia. Ahora, los dos equipos se fusionaron en uno y lograron este nuevo récord. Esto refleja la naturaleza competitiva y colaborativa de la vanguardia de la investigación científica.
"Con este descubrimiento logramos llegar a la fase más temprana de la historia de la formación de estrellas cósmicas", dijo Hashimoto. "Estamos ansiosos por encontrar oxígeno en partes aún más lejanas del universo y expandir el horizonte del conocimiento humano".
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Materiales proporcionado por Observatorio Nacional de Radioastronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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