Telescopio James Webb descubre 'galaxias ornitorrinco', un nuevo tipo de objeto cósmico en el universo temprano

El equipo liderado por el profesor Haojing Yan, del Colegio de Artes y Ciencias de la Universidad de Missouri, utilizó el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA para identificar nueve objetos cósmicos que existieron hace entre 12 y 12,6 mil millones de años, cuando el universo tenía apenas entre 1,2 y 1,8 mil millones de años de edad (comparado con los 13,8 mil millones de años que tiene actualmente).

Estos objetos presentan una combinación de características nunca antes vista. Por un lado, tienen una apariencia puntual y compacta que normalmente los clasificaría como estrellas o cuásares (núcleos brillantes de galaxias distantes alimentados por agujeros negros supermasivos). Sin embargo, cuando los investigadores analizaron su luz mediante espectroscopía, encontraron solo líneas de emisión estrechas, un signo revelador de formación estelar activa típicamente observada en galaxias, en lugar de las líneas de emisión anchas características de los cuásares.

"Cada propiedad por sí sola nos resulta familiar", explicó Haojing Yan, profesor de astronomía de la Universidad de Missouri y coautor del estudio. "Pero cuando se suman, crean algo que nunca habíamos visto antes".

El equipo apodó a estos objetos "galaxias ornitorrinco" debido a su naturaleza desconcertante, en referencia al mamífero australiano que desafía la clasificación taxonómica tradicional por combinar características de aves, reptiles y mamíferos.

"Parece que hemos identificado una población de galaxias que no podemos categorizar, son tan extrañas. Por un lado, son extremadamente pequeñas y compactas, como una fuente puntual, pero no vemos las características de un cuásar, un agujero negro supermasivo activo, que es lo que son la mayoría de las fuentes puntuales distantes", señaló Yan, según la NASA.

El descubrimiento podría cuestionar las teorías actuales sobre la formación de galaxias. "Nuestra teoría actual establece que las galaxias se formaron mediante la fusión con otras galaxias, a menudo a través de colisiones violentas", explicó Yan. "Pero estas 'galaxias ornitorrinco' pueden haberse formado silenciosamente, sin tales eventos dramáticos. Esto sugiere que el universo temprano pudo haber sido más flexible y creativo de lo que pensábamos".

Bangzheng "Tom" Sun, estudiante de posgrado en el laboratorio de Yan y coautor del estudio, analizó los datos para determinar si había señales de galaxias formadoras de estrellas. "A partir de los espectros de baja resolución que tenemos, no podemos descartar la posibilidad de que estos nueve objetos sean galaxias formadoras de estrellas. Esos datos encajan", dijo Sun. "Lo extraño en ese caso es que las galaxias son tan pequeñas y compactas, aunque Webb tiene el poder de resolución para mostrarnos muchos detalles a esta distancia".

Una propuesta que sugiere el equipo es que Webb, como se prometió, está revelando etapas más tempranas de la formación y evolución de galaxias que nunca antes habíamos podido ver. Es generalmente aceptado en la comunidad astronómica que las galaxias grandes y masivas como nuestra Vía Láctea crecieron mediante la fusión de muchas galaxias más pequeñas. Pero Yan plantea una pregunta fundamental: "¿Qué viene antes de las galaxias pequeñas?"

"Creo que esta nueva investigación nos está presentando la pregunta: ¿cómo comienza el proceso de formación de galaxias? ¿Pueden formarse tales galaxias pequeñas, bloques de construcción, de manera tranquila, antes de que comiencen las fusiones caóticas, como sugiere su apariencia puntual?", cuestionó Yan.

Para comenzar a responder esa pregunta, así como para determinar más sobre la naturaleza de estos extraños "ornitorrincos", el equipo dice que necesita una muestra mucho más grande que nueve objetos para analizar, y con espectros de mayor resolución.

"Lanzamos una red amplia y encontramos algunos ejemplos de algo increíble. Estos nueve objetos no eran el foco; estaban simplemente en el fondo de amplios estudios de Webb", dijo Yan. "Ahora es el momento de pensar en las implicaciones de eso y cómo podemos usar las capacidades de Webb para aprender más".

El estudio, titulado "Una nueva población de objetos puntuales de línea estrecha revelados por el Telescopio Espacial James Webb", fue presentado en la 247ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Phoenix y está disponible en el servidor de preimpresión arXiv. Riley Shive, estudiante de pregrado de la Universidad de Missouri, también es coautor del estudio.

El equipo de investigación redujo una muestra de 2.000 fuentes a través de varios estudios de Webb para identificar estos nueve objetos puntuales que existieron hace entre 12 y 12,6 mil millones de años. Los datos espectrales proporcionan a los astrónomos más información de la que pueden obtener solo de una imagen, y para estas nueve fuentes, no encajan en las definiciones existentes. Están demasiado lejos para ser estrellas en nuestra propia galaxia y son demasiado tenues para ser cuásares, que son tan brillantes que eclipsan a sus galaxias anfitrionas.

Aunque los espectros se asemejan a las "galaxias guisante verde" menos distantes descubiertas en 2009, las galaxias en esta muestra son mucho más compactas.

Yan explicó que para los cuásares típicos, los picos en sus líneas de emisión espectral características se parecen a colinas, con una base amplia, lo que indica la alta velocidad del gas que gira alrededor de su agujero negro supermasivo. En cambio, los picos para la "población ornitorrinco" son estrechos y agudos, lo que indica un movimiento de gas más lento.

Si bien hay galaxias de línea estrecha que albergan agujeros negros supermasivos activos, no tienen la característica puntual de la muestra que el equipo de Yan ha identificado.

El descubrimiento se produce mientras los científicos continúan examinando las imágenes del espacio profundo del JWST, que les permiten ver el universo tal como apareció hace miles de millones de años, y plantea nuevas preguntas sobre cómo se crearon las galaxias.

Cuatro de las nueve galaxias en la muestra recién identificada como "ornitorrinco" fueron descubiertas en el Estudio de Ciencia de Liberación Temprana de Evolución Cósmica (CEERS) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Una característica clave que las hace distintas es su apariencia puntual, incluso para un telescopio que puede capturar tantos detalles como Webb.