Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb (JWST) han descubierto una galaxia con un anillo luminoso de estrellas recién formadas que brillan en el universo temprano. La galaxia, que los investigadores observaron tal como aparecía apenas 2.1 mil millones de años después del Big Bang, es la galaxia en anillo más distante jamás encontrada.
La galaxia en anillo, conocida como GS18660, podría ser el resultado de una colisión entre dos galaxias, según reportaron los investigadores en su estudio, publicado el 8 de septiembre en la revista Astronomía y Astrofísica.
Resulta poco común encontrar una instantánea posible de una fusión como esta, dados los plazos temporales involucrados en estos sistemas, dijo Christopher Conselice, profesor de astronomía extragaláctica en la Universidad de Manchester, Reino Unido, que no participó en el estudio, a Live Science. Aunque las interacciones entre galaxias pudieron haber sido comunes en el universo temprano, la creación de sistemas con anillos como este se cree que es inusual.
“En este sentido, el sistema galáctico es bastante único y podría proporcionarnos información importante sobre la formación de galaxias en las etapas tempranas”, dijo Conselice en un correo electrónico.
Un descubrimiento sorprendente
Los científicos eligieron observar GS18660 porque parecía alargada en imágenes antiguas del Telescopio Espacial Hubble.
“Por lo tanto, no apuntamos específicamente a GS18660 como una galaxia en anillo,” dijo Michele Perna, investigadora posdoctoral en el Centro de Astrobiología de España y autora principal del estudio, a Live Science por correo electrónico. “Cuando la observamos con JWST [instrumento espectrógrafo de infrarrojo cercano], los datos mucho más detallados revelaron la prominente estructura en anillo y nos permitieron investigar la galaxia en tres dimensiones.”
Usando el JWST, el equipo examinó la forma única de la galaxia, siguió los movimientos de su gas caliente, analizó las propiedades químicas del gas y estudió la historia de la formación estelar de la galaxia.
Anillos impulsados por intrusos
Cuando una galaxia pequeña se desplaza a través del centro de una galaxia más grande, el impacto genera una onda de gas denso que se propaga hacia afuera, similar a cómo el agua se mueve cuando se deja caer una piedra en un estanque. Como resultado, se forma una galaxia colisionante. El gas se acumula a lo largo de la onda y forma estrellas, produciendo un anillo. Estas galaxias son raras en el universo local, y los pocos candidatos encontrados en el universo distante han sido difíciles de confirmar.
Varias pistas apoyan la hipótesis de que GS18660 es una galaxia en anillo por colisión. En primer lugar, los investigadores detectaron una pequeña galaxia compañera, que se aleja de GS18660 a una velocidad de aproximadamente 264 millas por segundo (425 kilómetros por segundo). También detectaron un puente de gas que conecta a ambas, y la velocidad a lo largo de ese puente cambió, señaló Perna. El cambio de velocidad a lo largo de esta estructura similar a un puente indica que la compañera y GS18660 podrían estar interactuando.
Su posición también es importante, añadió Perna: la compañera se encuentra aproximadamente a lo largo del eje menor de la galaxia principal, lo que es consistente con el lugar donde se esperaría que apareciera un intruso tras una incursión frontal a través del disco de la galaxia.
Respaldado por estrellas
Usando la velocidad y la distancia de la compañera, el equipo calculó una cronología aproximada del impacto. Reveló que la colisión ocurrió hace entre 17 y 42 millones de años en la historia de la galaxia. Esta escala de tiempo parece razonable, dijo Conselice.
Explicó que es difícil determinar directamente la edad de una interacción pasada, pero si ocurrió, debió haber ocurrido alrededor del momento en que comenzó un episodio rápido de formación estelar y su edad debería ser coherente con las edades promedio de los cúmulos estelares.
Al analizar las tasas de formación estelar con diferentes instrumentos, el equipo estima que entre el 10% y el 20% de la masa estelar en el anillo se formó en las últimas decenas de millones de años. Esto sugiere que la colisión y el estallido de nuevas estrellas en el anillo podrían haber ocurrido al mismo tiempo, por lo que es probable que hayan sido provocados por el mismo evento, explicó Perna.
«No es, por sí solo, una prueba definitiva de una colisión, pero junto con el puente y la morfología del anillo, fortalece el caso de un impacto reciente», señaló Perna.
El descubrimiento también podría arrojar luz sobre cuán comunes eran este tipo de colisiones en el pasado. Mientras que estimaciones anteriores sugerían que los anillos por colisión en el universo temprano podrían ser aproximadamente tan raros como lo son hoy —alrededor de 1 en 10,000 galaxias—, los nuevos hallazgos insinuan que las colisiones frontales que forman galaxias en anillo podrían ser más comunes en el universo temprano.
«Si GS18660 se confirma como un anillo por colisión, entonces implicaría que debemos revisar nuestras estimaciones de cuán frecuentemente ocurren estos sistemas en el universo distante», dijo Perna.
¿Otra explicación?
El equipo manifestó cautela sobre cuánto pueden demostrar los datos. «Realmente es la combinación de varias piezas de evidencia más que una sola observación», afirmó Perna. «Así que consideramos la interpretación colisionante como nuestro escenario preferido en lugar de una conclusión definitiva.»
Conselice opina que la evidencia presentada en el artículo es consistente con un origen colisionante genuino para el anillo. «A mí me parece que la hipótesis de fusión es más probable, dada la galaxia intrusa cercana y la estabilidad de la galaxia intrusa y de la galaxia principal», comentó Conselice. «En general, es evidencia convincente de que ha existido una interacción pasada y/o fusión para este sistema galáctico, basada en la distribución de la luz».
La otra explicación en competencia implica una barra estelar. Propone que el anillo no fue formado por un intruso en absoluto. GS18660 también muestra una estructura en forma de barra que va de norte a sur, y las barras pueden canalizar gas y estrellas hacia anillos a distancias específicas del centro. Perna dijo que el equipo todavía no puede determinar si se trata de una verdadera barra estelar o si es resultado de la interacción.
Una barra también sería un hallazgo emocionante. El JWST ya ha descubierto galaxias con barras en el universo temprano, incluyendo CEERS-2112. Pero los investigadores aún no han encontrado un ejemplo claro de un anillo impulsado por una barra tan temprano en el universo.
«Ya sea que el anillo haya sido desencadenado por otra galaxia o por la dinámica interna de GS18660», dijo Perna, «el resultado nos diría algo importante sobre cómo las galaxias ya estaban organizándose estructuralmente cuando el universo tenía solo unos pocos miles de millones de años.»
