Cuando los primeros datos de Telescopio espacial James Webb (JWST) a la comunidad de astrofísica el verano pasado, los expertos galácticos quedaron impresionados. Los análisis de muchas imágenes de campo profundo han revelado galaxias antiguas, que datan de menos de 500 millones de años después del Big Bang, que desafían las expectativas. Se pensó que las galaxias de esa era serían pocas, pequeñas, descuidadas y chocando torpemente. Sin embargo, incluso las estrechas extensiones de cielo antiguo fueron escaneadas por JWST Contiene muchas galaxias, muchas de las cuales son mucho más brillantes, más grandes y más organizadas de lo que se indicó anteriormente.
dice Kristina Williams, astrónoma de NOIRLab y miembro del JWSTEquipo de herramientas NIRCam. «Las primeras galaxias pueden estar creciendo más rápido de lo que pensábamos anteriormente».
Los resultados preliminares no rompen el Modelo Estándar de cosmología. Pero si se confirman después de más datos y análisis, es posible que los investigadores deban revisar los modelos de formación de estrellas, evolución de galaxias y otros mecanismos astrofísicos.
Aquí detallamos tres características de las galaxias recién descubiertas que contrastan con las anteriores.JWST Expectativas: Su extensión, peso y estructura madura.
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Después de hacer más de Tres décadas de notas con el telescopio espacial Hubble, los astrofísicos pensaron que tenían una buena idea de algunas de las tendencias fundamentales en los cúmulos de galaxias a altos desplazamientos al rojo. Por ejemplo, las mediciones anteriores indicaron que el número de galaxias luminosas disminuiría constantemente a medida que uno mira hacia atrás en la historia del universo. Luego vino un archivo JWST datos.
en uno Estudio preliminarSteven Finkelstein y sus colegas utilizaron estimaciones de corrimiento al rojo óptico e infrarrojo para identificar 26 galaxias que datan de los primeros 250 millones – 600 millones de años después del Big Bang en una porción de cielo más pequeña que la luna llena. Esto supera el límite teórico de la cantidad de galaxias que deberían existir en una región tan pequeña, dice Finkelstein, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin. a Seguimiento del estudioactualmente bajo revisión por pares, confirmó las edades de siete de las galaxias analizando el corrimiento hacia el rojo de líneas individuales en los espectros de las galaxias.
La generosidad de las primeras galaxias puede haber resultado de una cantidad inesperadamente grande de materia bariónica disponible para ayudar en la formación de estrellas, o podría explicarse por los matices en la formación de estrellas. «Cuando formas estrellas a partir de una nube de gas, si la nube es lo suficientemente grande, formará estrellas de todas las masas», dice Finkelstein. Agrega que si los investigadores subestiman la frecuencia con la que emergen estrellas más masivas de tales nubes ricas en gas, «haría que todas las galaxias fueran más brillantes, haciéndolas más fáciles de ver». Otra posibilidad es que las antiguas galaxias tengan menos polvo de lo que se pensaba, lo que las hace más fáciles de ver.
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Antiguas galaxias que descubrió JWST Ella también es sorprendentemente enorme. Combinar notas de antes Hubble y otros telescopios, los teóricos establecen límites superiores a las masas de las galaxias en una edad determinada. todavía en Quédate aceptado para su publicación en astronomía naturalMike Boylan-Kolchin de la Universidad de Texas en Austin encontró dos galaxias especificado en JWST datos exceder estos límites, excepto por el escenario poco realista de que las galaxias logran convertir un porcentaje sin precedentes de su materia bariónica total en estrellas.
Los teóricos tienen algunas palancas que pueden utilizar para dar cuenta de las galaxias masivas. Una posibilidad (aunque no deseable en la otra Estudio preliminar) es que la tasa de formación de estrellas en el universo primitivo fue más rápida de lo esperado.
Si tales explicaciones no resuelven la discrepancia, la hipótesis más estricta es que hubo una cantidad inesperadamente grande de materia oscura en el universo primitivo. De acuerdo con el modelo cosmológico bien establecido, ΛCDM, la materia oscura se unió bajo la influencia de la fuerza gravitatoria para formar semillas, o halos, que atrajeron suficientes densidades de gas hidrógeno para desencadenar la formación de estrellas. Boylan-Kolchin explica que un cambio en la cantidad de materia oscura puede cambiar la velocidad de formación del halo y limitar la cantidad de hidrógeno extraído. Un halo más grande significa que hay más material generador de estrellas disponible. Sin embargo, «hay poco margen de maniobra dentro del modelo cosmológico estándar». «Realmente no se puede cambiar la cantidad de materia oscura, por lo que no hay forma de obtener más materia atómica para construir galaxias tan masivas». Añade que si se confirman las galaxias que estudió y se encuentran más, es posible que los investigadores deban comenzar a probar teorías que permitan más materia oscura.
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décadas de Hubble Las observaciones revelaron otra tendencia clara: cuanto más atrás miraban los investigadores, más galaxias irregulares veían, a diferencia de las icónicas galaxias en forma de disco. Las formas irregulares observadas fueron consistentes con fusiones de galaxias más pequeñas, que es el método preferido para la formación de grandes estructuras bajo el modelo cosmológico de materia oscura fría (CDM en ΛCDM). La materia oscura fría o de baja velocidad favorece la formación de estructuras cósmicas amorfas jóvenes que necesitan tiempo para evolucionar dinámicamente hacia las galaxias maduras que vemos hoy.
Sin embargo, cuando los investigadores utilizaron JWSTUna vista superior del estudio. 280 galaxias Los que existieron entre 5 mil millones y 600 millones de años después del Big Bang vieron hasta 10 veces más galaxias de disco de lo esperado. Análisis de seguimiento del estudio Más de 4.000 galaxiasactualmente bajo revisión, reporta un porcentaje igualmente alto de tabletas.
Aunque los resultados fueron sorprendentes, Leonardo Ferreira, investigador de la Universidad de Victoria y primer autor de los dos estudios, dice que «solo actualizan nuestra visión de cómo ocurrió la formación de galaxias y la evolución temprana», sin contradecir ΛCDM. Agrega que las morfologías de esas galaxias distantes son consistentes hasta ahora con los resultados de simulaciones cosmológicas recientes.
próximos pasos
Después de la agitación después del flujo de la manguera contra incendios JWST Con los datos publicados el verano pasado, los astrónomos se están preparando para esperar un tiempo hasta la próxima ronda de observaciones. Si bien la primera publicación de los datos fue pública y vio a los investigadores compitiendo por nuevos descubrimientos, las próximas observaciones están dedicadas a equipos específicos.
Por ahora, lo más importante en la mente de los investigadores es resistir la tentación de saltar a conclusiones sin fundamento. el JWST La era acaba de empezar. La mayor precisión de la datación espectral en comparación con la estimación del corrimiento al rojo visual puede requerir ajustes a los datos anteriores. Las observaciones de mayor duración y los campos más amplios darán como resultado mediciones más precisas. «Algunas de nuestras suposiciones que nos ayudan a explicar el brillo de las primeras galaxias pueden ser inexactas», dice Williams de NOIRLab. Aún así, es emocionante incluso si algunas de las propiedades derivadas de las observaciones iniciales son incorrectas, dice Boylan-Kolchin, «porque nos enseña algo sobre la física que está sucediendo».
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