Gracias a este descubrimiento podemos ver a la galaxia, denominada GN-z11, tal como existía apenas 430 millones de años después del Big Bang.

La evidencia de que existió la primera generación de estrellas en el universo ha salido a la luz gracias a las observaciones realizadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). La prueba se encuentra en una de las galaxias más distantes conocidas.

La galaxia, denominada GN-z11 , fue descubierta por el Telescopio Espacial Hubble en 2015 y, antes del lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb, era considerada la galaxia más lejana conocida. Con un corrimiento al rojo de 10,6, tiene más sentido hablar de cuánto tiempo hace que existió, que de qué tan lejos está. Esto se debe a que vemos GN-z11 tal como era sólo 430 millones de años después del Big Bang debido al tiempo que tardó su luz en viajar a nuestro rincón del cosmos. A modo de comparación, el universo actual tiene 13.800 millones de años.

Como tal, GN-z11 era un objetivo principal para que lo estudiara el JWST. Ahora, dos nuevos artículos describen profundos descubrimientos sobre GN-z11 que revelan detalles vitales sobre cómo pudieron crecer las galaxias que existieron en el universo primitivo.

GN-z11 es la galaxia más luminosa conocida con este corrimiento al rojo en particular y, de hecho, esto se ha convertido en un tema común para las galaxias de alto corrimiento al rojo que el JWST ahora encuentra casi regularmente en el universo temprano. Muchas de ellas parecen mucho más brillantes de lo que nuestros modelos de formación de galaxias predicen que deberían ser. Esas predicciones se basan en el modelo estándar de cosmología.

Ahora, las nuevas observaciones del JWST parecen haber arrojado luz sobre lo que está pasando. 

Un equipo de astronomía, dirigido por Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge, ha probado el GN-z11 con los dos instrumentos de infrarrojo cercano del JWST, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec). Los investigadores descubrieron evidencia de la primera generación de estrellas, llamadas estrellas de Población III, así como de un agujero negro supermasivo que engulle enormes cantidades de materia y crece a un ritmo enormemente acelerado.

Los científicos pueden calcular la edad de una estrella basándose en su abundancia de elementos pesados, que habrían sido formados por generaciones anteriores de estrellas que vivieron y murieron, arrojando esos elementos pesados ​​al espacio donde finalmente se reciclan en regiones de formación estelar para formar nuevos cuerpos estelares. Las estrellas más jóvenes que se han formado durante los últimos cinco o seis mil millones de años se conocen como estrellas de Población I y tienen la mayor abundancia de elementos pesados. Nuestro sol es una estrella de población I. Las estrellas más viejas contienen menos elementos pesados ​​porque hubo menos generaciones de estrellas antes que ellas. A estas las llamamos estrellas de Población II y viven en las regiones más antiguas de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Las estrellas de población III, sin embargo, hasta ahora han sido puramente hipotéticas. 

Estas habrían sido las primeras estrellas en formarse y, como no hubo otras estrellas antes que ellas, no habrían contenido elementos pesados ​​y estarían formadas únicamente a partir del prístino hidrógeno y helio forjados durante el Big Bang. También se cree que estas primeras estrellas eran extremadamente luminosas, con masas equivalentes al menos a varios cientos de soles.

Aunque los astrónomos aún no han visto directamente estrellas de Población III, el equipo de Maiolino detectó evidencia indirecta de ellas en GN-z11. NIRSpec observó una masa de helio ionizado cerca del borde de GN-z11.

"El hecho de que no veamos nada más que helio sugiere que este grupo debe ser bastante prístino", dijo Maiolino en un comunicado. "Esto es algo que la teoría y las simulaciones esperaban en las proximidades de galaxias particularmente masivas de estas épocas: que debería haber bolsas de gas prístino sobreviviendo en el halo, y estas podrían colapsar y formar estrellas de Población III".

Este gas helio está siendo ionizado por algo que produce enormes cantidades de luz ultravioleta, algo que se infiere como estrellas de Población III. Potencialmente, el helio observado es material sobrante de la formación de esas estrellas. La cantidad de luz ultravioleta necesaria para ionizar todo ese gas requiere alrededor de 600.000 masas solares de estrellas en total, brillando con una luminosidad combinada 20 billones de veces más brillante que nuestro sol. Estas cifras sugieren que las galaxias distantes como GN-z11 habrían sido más expertas en formar estrellas masivas que las galaxias del universo moderno.

Mientras tanto, según una segunda serie de resultados, el equipo de Maiolino también encontró evidencia de un agujero negro de dos millones de masas solares en el corazón de GN-z11.

"Encontramos gas extremadamente denso, común en las proximidades de agujeros negros supermasivos, que acumula gas", afirma Maiolino en el mismo comunicado. "Estas fueron las primeras señales claras de que GN-z11 alberga un agujero negro que está devorando materia".

El equipo también detectó un poderoso aguanieve de radiación que fluye desde el disco de acreción de materia que gira alrededor del agujero negro, así como elementos químicos ionizados que normalmente se encuentran cerca de los agujeros negros en acreción. Es el agujero negro supermasivo más distante descubierto hasta ahora, dice el equipo, y su apetito glotón hace que su disco de acreción se vuelva denso y caliente, y brille intensamente. Esto, combinado con las estrellas de Población III, es lo que hace que GN-z11 brille tan intensamente, creen los investigadores, sin romper la cosmología estándar como algunos han afirmado prematuramente.

El estudio sobre el grupo de helio ionizado y las estrellas de Población III ha sido aceptado para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysics, y se puede encontrar una preimpresión aquí. Mientras tanto, el estudio sobre las observaciones del agujero negro NIRCam se publicó el 17 de enero en la revista Nature. 

Artículo tomado de Space.com