Existía mucho oxígeno en el universo primitivo, revela JWST – Physics World

Utilizando un espectrógrafo de última generación instalado en el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han encontrado evidencia de que el oxígeno interestelar era mucho más abundante en muchas galaxias antiguas de lo que se pensaba anteriormente. Dirigido por Kimihiko Nakajima En el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el equipo espera que sus observaciones puedan mejorar nuestra comprensión del universo temprano.

El Big Bang creó un universo primitivo compuesto de hidrógeno y helio, con una pequeña cantidad de litio, y esta materia se fusionó para formar las primeras estrellas y galaxias. Luego, mediante fusión nuclear, se crearon elementos más pesados, como el oxígeno, en los núcleos de estas estrellas. A medida que las estrellas explotaron como supernovas, los elementos pesados ​​se dispersaron por galaxias enteras, transformando para siempre la composición química del cosmos.

La “metalicidad en fase gaseosa” es un parámetro de observación que describe la abundancia de estos elementos más pesados ​​en las galaxias (los astrónomos utilizan el término metal para todos los elementos más pesados ​​que el helio). Su valor es crucial para comprender la historia evolutiva de una galaxia, así como para predecir cuándo pueden comenzar a surgir moléculas complejas (los posibles componentes básicos de la vida).

Calibre confiable

Un indicador fiable de la metalicidad en fase gaseosa de una galaxia es la abundancia de oxígeno ionizado en su medio interestelar. Esta abundancia se puede determinar observando la luz característica emitida por el oxígeno. Sin embargo, este enfoque tiene sus límites cuando se observa el universo primitivo.

“Observaciones anteriores ya habían revelado la presencia de abundante oxígeno en las galaxias aproximadamente dos mil millones de años después del Big Bang”, explica Nakajima. "Sin embargo, la luz de las galaxias que existieron incluso más atrás en el tiempo se ve significativamente afectada por la expansión del universo, lo que hace que se desplace hacia el rango del infrarrojo cercano".

Ahora, Nakajima y sus colegas han observado esta luz desplazada al rojo utilizando el JWST. Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) – y esto les ha permitido lograr un gran avance en la medición de la metalicidad en fase gaseosa de galaxias antiguas.

Observaciones innovadoras

"Identificamos 138 galaxias antiguas que existieron hace más de 12 mil millones de años y determinamos su abundancia de oxígeno, un nivel de análisis casi imposible antes del lanzamiento del JWST", afirma entusiasmado Nakajima. "Desarrollamos y aplicamos rigurosamente técnicas de análisis avanzadas a los datos de NIRSpec, realizando análisis en una escala varias veces mayor que los estudios anteriores".

El espectrómetro JWST refina los corrimientos al rojo de galaxias distantes

Sus resultados revelan que en todas, excepto en unas pocas, las galaxias más antiguas observadas por NIRSpec, la composición del medio interestelar era notablemente familiar. "La mayoría de las galaxias tenían abundancias de oxígeno similares a las galaxias modernas", dice Nakajima. Sin embargo, seis de las galaxias más antiguas que existían cuando el universo tenía sólo entre 500 y 700 millones de años tenían mucho menos oxígeno que las galaxias modernas.

Con este descubrimiento, el equipo pudo determinar con mayor precisión cuándo comenzó a cambiar la composición elemental del universo. "Los resultados demuestran un aumento rápido y dramático en la abundancia de oxígeno en las galaxias durante los primeros 500-700 millones de años después del nacimiento del universo", dice Nakajima. "Este hallazgo puede sugerir que, con ingredientes necesarios como el oxígeno ya disponibles en el universo primitivo, la vida puede haber aparecido antes de lo que se pensaba anteriormente".

El equipo especula que este cambio repentino podría haber sido causado por diferencias en la naturaleza de la formación de estrellas en el universo temprano, así como por el material que entraba y salía de sus galaxias. A través de más observaciones con NIRSpec, combinadas con cálculos estadísticos más profundos, ahora intentarán construir una teoría más sólida en su trabajo futuro.

Las observaciones se describen en La serie de suplementos de revistas astrofísicas.

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