El telescopio espacial James Webb de la NASA investiga los orígenes estructurales de las galaxias en forma de disco
Las galaxias en forma de disco siempre han sido elementos que han llamado la atención a los astrónomos y actualmente hay una herramienta para su estudio: el telescopio espacial James Webb.
Los astrónomos extrajeron datos del telescopio espacial James Webb de la NASA para analizar una muestra de 111 galaxias vistas de canto. El análisis del equipo sugiere que primero se forma un disco grueso y después un disco delgado.
Estructura general de las galaxias en disco
Las galaxias de disco actuales suelen contener un disco exterior grueso y lleno de estrellas, y un disco delgado con estrellas incrustadas. Por ejemplo, el disco grueso de nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene aproximadamente 3000 años luz de altura, y su disco delgado tiene un grosor de aproximadamente 1000 años luz.
¿Cómo y por qué se forma esta estructura de disco dual?
Mediante el análisis de datos de archivo de múltiples programas de observación del telescopio espacial James Webb de la NASA, un equipo de astrónomos está más cerca de encontrar respuestas, además de comprender el origen de las galaxias de disco en general.
El equipo identificó cuidadosamente, verificó visualmente y analizó una muestra estadística de 111 galaxias de disco vistas de canto en diversos períodos, hasta hace 11.000 millones de años (o aproximadamente 2.800 millones de años después del Big Bang). Esta es la primera vez que los científicos investigan estructuras de discos gruesos y delgados que abarcan distancias tan vastas, acortando la distancia entre los observadores que investigan el universo primitivo y los arqueólogos galácticos que buscan comprender la historia de nuestra propia galaxia.
“Esta medición única del grosor de los discos a alto corrimiento al rojo, o en momentos del universo primitivo, es un punto de referencia para el estudio teórico que solo era posible con el Webb”, afirmó Takafumi Tsukui, autor principal del artículo e investigador de la Universidad Nacional Australiana en Canberra. “Normalmente, las estrellas de disco más viejas y gruesas son tenues, y las estrellas de disco jóvenes y delgadas eclipsan a toda la galaxia. Pero con la resolución del Webb y su capacidad única para ver a través del polvo y destacar estrellas viejas y tenues, podemos identificar la estructura de dos discos de las galaxias y medir su grosor por separado”.
En la imagen de arriba se muestran dos mosaicos de galaxias de disco de canto observadas por el telescopio espacial James Webb. Cada mosaico tiene ocho imágenes, divididas en dos filas.
El mosaico en la parte superior se titula "galaxias de disco delgado y grueso". El mosaico en la parte inferior se titula "galaxias de solo disco grueso". Cada galaxia de disco está centrada dentro de un marco cuadrado y se encuentra contra el fondo negro del espacio. Aparecen como líneas delgadas con una ligera protuberancia en sus centros. Algunas de las galaxias son horizontales o verticales, pero muchas están en ángulo diagonal. Las galaxias de disco delgado y grueso son en general más blancas y brillantes en comparación con las galaxias de solo disco grueso, que son más tenues y de color marrón anaranjado. El texto en la parte inferior derecha de cada cuadro enumera el corrimiento al rojo de la galaxia. De izquierda a derecha, la primera fila del mosaico superior lee z = 0,12; z = 0,25; z = 0,45; y z = 0,72. La segunda fila lee z = 0,21; z = 0,38; z = 0,65; y z = 0,73. La fila superior del mosaico inferior indica z = 0,73, z = 0,94; z = 1,25; y z = 2,63. La fila inferior indica z = 0,91; z = 1,03; z = 2,13; y z = 3,01.
Datos en las buenas y en las malas
Al analizar estos 111 objetivos a lo largo del tiempo cosmológico, el equipo pudo estudiar galaxias de un solo disco y galaxias de doble disco. Sus resultados indican que las galaxias forman primero un disco grueso, seguido de uno delgado. El momento en que esto ocurre depende de la masa de la galaxia: las galaxias de alta masa y un solo disco se transformaron en estructuras de dos discos hace unos 8000 millones de años. En cambio, las galaxias de baja masa y un solo disco formaron sus delgados discos incrustados más tarde, hace unos 4000 millones de años.
“Esta es la primera vez que ha sido posible resolver discos estelares delgados con un corrimiento al rojo más alto. Lo realmente novedoso es descubrir cuándo comienzan a emerger estos discos”, afirmó Emily Wisnioski, coautora del artículo de la Universidad Nacional Australiana en Canberra. “Fue sorprendente observar discos estelares delgados ya existentes hace 8 mil millones de años, o incluso antes”.
Una época turbulenta para las galaxias
Para explicar esta transición de un disco único y grueso a un disco grueso y delgado, y la diferencia en el tiempo para las galaxias de alta y baja masa, el equipo miró más allá de su muestra inicial de galaxias de borde y examinó datos que mostraban gas en movimiento del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y estudios terrestres.
Al considerar el movimiento de los discos de gas de las galaxias, el equipo concluye que sus resultados coinciden con el escenario del "disco de gas turbulento", una de las tres hipótesis principales propuestas para explicar el proceso de formación de discos gruesos y delgados. En este escenario, un disco de gas turbulento en el universo primitivo desencadena una intensa formación estelar, formando un disco estelar grueso. A medida que las estrellas se forman, estabilizan el disco de gas, que se vuelve menos turbulento y, como resultado, más delgado.
Dado que las galaxias masivas pueden convertir gas en estrellas con mayor eficiencia, se asientan antes que sus contrapartes de baja masa, lo que resulta en la formación temprana de discos delgados. El equipo señala que la formación de discos gruesos y delgados no es un fenómeno aislado: el disco grueso continúa creciendo a medida que la galaxia se desarrolla, aunque a un ritmo más lento que el del disco delgado.
La sensibilidad del Webb permite a los astrónomos observar galaxias más pequeñas y tenues, análogas a la nuestra, en épocas tempranas y con una claridad sin precedentes por primera vez. En este estudio, el equipo observó que el período de transición de un disco grueso a uno grueso y delgado coincide aproximadamente con la formación del disco delgado de la Vía Láctea. Con el Webb, los astrónomos podrán investigar más a fondo las galaxias progenitoras similares a la Vía Láctea (galaxias que la habrían precedido), lo que podría ayudar a explicar la historia de la formación de nuestra galaxia.
En el futuro, el equipo pretende incorporar otros puntos de datos a su muestra de galaxias de canto.
Estos resultados fueron publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fuente: NASA-Webb