Nuevos resultados del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA sugieren que la formación de las primeras estrellas y galaxias en el Universo temprano tuvo lugar antes de lo que se pensaba. Un equipo europeo de astrónomos no ha encontrado evidencia de la primera generación de estrellas, conocidas como estrellas de la Población III, cuando el Universo tenía solo 500 millones de años.
La exploración de las primeras galaxias sigue siendo un desafío importante en la astronomía moderna. No sabemos cuándo ni cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias del Universo. Estas preguntas pueden abordarse con el telescopio espacial Hubble a través de observaciones de imágenes profundas. El Hubble permite a los astrónomos ver el Universo dentro de los 500 millones de años posteriores al Big Bang.
Un equipo de investigadores europeos, dirigido por Rachana Bhatawdekar de la Agencia Espacial Europea, se propuso estudiar la primera generación de estrellas en el Universo temprano. Conocidas como estrellas de la Población III [1], estas estrellas fueron forjadas a partir del material primordial que surgió del Big Bang. Las estrellas de la población III deben haber sido hechas únicamente de hidrógeno, helio y litio, los únicos elementos que existían antes de que los procesos en los núcleos de estas estrellas pudieran crear elementos más pesados, como oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro.
Bhatawdekar y su equipo investigaron el Universo temprano de aproximadamente 500 millones a mil millones de años después del Big Bang al estudiar el cúmulo MACSJ0416 y su campo paralelo con el Telescopio Espacial Hubble (con datos de apoyo del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Very Large con base en tierra Telescopio del Observatorio Europeo Austral). "No encontramos evidencia de estas estrellas de Población III de primera generación en este intervalo de tiempo cósmico", dijo Bhatawdekar sobre los nuevos resultados.
El resultado se logró utilizando la cámara de campo amplio 3 del telescopio espacial Hubble y la cámara avanzada para encuestas [2], como parte del programa Hubble Frontier Fields. Este programa (que observó seis cúmulos de galaxias distantes de 2012 a 2017) produjo las observaciones más profundas jamás hechas de cúmulos de galaxias y las galaxias ubicadas detrás de ellas, que fueron magnificadas por el efecto de lente gravitacional, revelando galaxias de 10 a 100 veces más débiles que las observadas anteriormente . Las masas de cúmulos de galaxias en primer plano son lo suficientemente grandes como para doblar y magnificar la luz de los objetos más distantes detrás de ellos. Esto le permite al Hubble usar estas lupas cósmicas para estudiar objetos que están más allá de sus capacidades operativas nominales.
Bhatawdekar y su equipo desarrollaron una nueva técnica que elimina la luz de las galaxias brillantes en primer plano que constituyen estas lentes gravitacionales. Esto les permitió descubrir galaxias con masas más bajas que nunca antes observadas con Hubble, a una distancia correspondiente a cuando el Universo tenía menos de mil millones de años. En este punto del tiempo cósmico, la falta de evidencia de poblaciones estelares exóticas y la identificación de muchas galaxias de baja masa respalda la sugerencia de que estas galaxias son los candidatos más probables para la reionización del Universo. Este período de reionización en el Universo temprano es cuando el medio intergaláctico neutral fue ionizado por las primeras estrellas y galaxias.
"Estos resultados tienen profundas consecuencias astrofísicas, ya que muestran que las galaxias deben haberse formado mucho antes de lo que pensábamos", dijo Bhatawdekar. "Esto también respalda firmemente la idea de que las galaxias débiles / de baja masa en el Universo temprano son responsables de la reionización".
Estos resultados [3] también sugieren que la formación más temprana de estrellas y galaxias ocurrió mucho antes de lo que se puede probar con el telescopio espacial Hubble. Esto deja un área emocionante de investigación adicional para el próximo telescopio espacial James Webb de NASA / ESA / CSA, para estudiar las primeras galaxias del Universo.
Notas
[1] El nombre de Población III surgió porque los astrónomos ya habían clasificado las estrellas de la Vía Láctea como Población I (estrellas como el Sol, que son ricas en elementos más pesados) y Población II (estrellas más antiguas con un bajo contenido de elementos pesados). en el bulto y halo de la Vía Láctea, y en cúmulos de estrellas globulares).
[2] Debido a la expansión del Universo, la luz de las galaxias distantes se desplaza desde las longitudes de onda ultravioleta y óptica a la parte infrarroja del espectro electromagnético. La Wide Field Camera 3 del Hubble está bien equipada para explorar esta parte del espectro. Además, la cámara avanzada para encuestas del telescopio está optimizada para observaciones visibles / de luz.
[3] Estos resultados se basan en un documento anterior de 2019 ( https://arxiv.org/abs/1807.07580 ) de Bhatawdekar et al ., Y un documento que aparecerá en un próximo número de los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS) Estos resultados también se presentan en una conferencia de prensa durante la 236ª reunión de la American Astronomical Society.
Contacto con los investigadores:
Dr. Rachana Bhatawdekar Agencia Espacial Europea / ESTEC Noordwijk, Países Bajos
Correo electrónico: Rachana.Bhatawdekar@esa.int
Bethany Downer ESA / Hubble, Oficial de Información Pública Garching, Alemania
Correo electrónico: Bethany.Downer@partner.eso.org