Dimensionando Galaxias en el Mediodía Cósmico

Imagen de lPrograma ‘Cosmic Evolution Early Release Science Survey‘. Científicos mirando el mosaico de colores de la cámara de infrarrojo cercano de la Época 1 en el laboratorio de visualización del Centro de Computación Avanzada de Texas en la Universidad de Texas en Austin. Crédito: R. Larson.

¿Cómo crecen las galaxias? Es una pregunta sencilla, pero responderla es complicado. Una publicación reciente sugiere que las observaciones del JWST podrían alterar lo que creemos que sabemos sobre el crecimiento de las galaxias.

Evolución vista desde lejos

Agrandar imagen. Comparación de imágenes del Hubble (izquierda) y JWST (derecha) de los Pilares de la Creación. Los diferentes rangos de longitud de onda abarcados por Hubble y JWST tienen el potencial de iluminar diferentes aspectos de muchos escenarios cósmicos.  
Créditos: Ciencia: NASA, ESA, CSA, STScI, Hubble Heritage Project (STScI, AURA); Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI) 

Desde nuestro punto de vista en el universo local, es difícil saber cómo las galaxias que vemos hoy evolucionaron hasta sus formas actuales. Para comprender cómo crecen las galaxias, necesitamos observaciones de alta resolución de galaxias a miles de millones de años luz de distancia, y una sucesión de telescopios espaciales cada vez más precisos ha hecho posible estas mediciones.

Las observaciones con el Telescopio Espacial Hubble ayudaron a establecer algunas reglas fundamentales del crecimiento de las galaxias: las galaxias eran más pequeñas en el pasado de lo que son hoy, las galaxias que son más masivas suelen ser más grandes y las galaxias que están formando estrellas activamente son más grandes que las que no lo hacen. Pero las restricciones establecidas por el rango de longitud de onda de observación del Hubble podrían significar que estas reglas deben reevaluarse, y JWST está listo para ponerlas a prueba.

JWST entra en escena

Cuando el Hubble observa galaxias en el universo primitivo, ve luz emitida en longitudes de onda ópticas y ultravioleta, mientras que el JWST ve luz que se originó en el infrarrojo cercano. Esta pequeña diferencia podría tener un gran impacto: la luz del infrarrojo cercano es un mejor indicador de la masa estelar que la luz óptica o ultravioleta, y es menos sensible a los cambios espaciales en la relación masa-luz que se observa en algunas galaxias. En última instancia, cuando se combina con su resolución excepcional, esto significa que el JWST debería proporcionar mediciones más confiables del tamaño de las galaxias que otros telescopios.

Usando datos del programa del JWST Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), Katherine Suess (Universidad de California, Santa Cruz y la Universidad de Stanford) y colaboradores estudiaron galaxias durante una era comúnmente conocida como mediodía cósmico, que está marcada por una gran cantidad de formación estelar. El objetivo del equipo era determinar los tamaños de las galaxias durante esta época en dos longitudes de onda diferentes (1,5 y 4,4 micras; 1 micra = 10 -6 metros) que corresponden a la luz emitida en el óptico y el infrarrojo cercano, respectivamente.

Agrandar imagen. Las galaxias encuestadas están situadas en la Franja de Groth Extendida, que fue observada previamente por el Hubble. 
Créditos:
NASA, ESA y M. Davis (Universidad de California, Berkeley).

¿Cómo se miden?

Agrandar imagen. Comparación de tamaños de galaxias en imágenes del JWST de 4,4 micras con imágenes JWST de 1,5 micras. 
Crédito: Suess et al. 2022
.

Suess y sus coautores seleccionaron 1.179 galaxias brillantes con desplazamiento al rojo, z, entre 1,0 y 2,5 y utilizaron un algoritmo informático para medir los tamaños de estas galaxias en las imágenes del JWST de 1,5 y 4,4 micras. Para las 703 galaxias que encajaron con éxito con este método, hubo una diferencia de tamaño definida entre las dos longitudes de onda: las galaxias eran, en promedio, un 9% más pequeñas en las imágenes de 4,4 micras que en las imágenes de 1,5 micras. Esto significa que las galaxias son más compactas de lo que sugerirían las observaciones ópticas en reposo (p. ej., las observaciones del Hubble). Curiosamente, la diferencia de tamaño entre las dos longitudes de onda parece ser una función de la masa y el color de la galaxia: las galaxias más ligeras y azules examinadas apenas muestran un cambio de tamaño, mientras que las que son más rojas y más masivas muestran una disminución del tamaño del 30 % en la longitud de onda más larga.

Este hallazgo aparentemente sencillo podría desempeñar un papel en la reescritura de las reglas de la evolución de las galaxias. Por ejemplo, la disminución del tamaño dependiente de la masa entre las imágenes de 1,5 y 4,4 micrones podría significar que las galaxias masivas en realidad no son mucho más grandes que sus contrapartes más ligeras. Si bien los autores enfatizan que hay más análisis por hacer, está claro que las observaciones del JWST tendrán un impacto enorme en nuestra comprensión del crecimiento de las galaxias.

El paper

“Rest-frame Near-infrared Sizes of Galaxies at Cosmic Noon: Objects in JWST’s Mirror Are Smaller than They Appeared,” Katherine A. Suess et al 2022 ApJL 937 L33. doi:10.3847/2041-8213/ac8e06

Fuente: AAS NOVA.

Artículo original: ‘Sizing Up Galaxies at Cosmic Noon‘. Kerry Hensley. December 2, 2022.

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Galaxias en el Mediodía Cósmico

Galaxia de Andrómeda, nuestro vecino más cercano.
Crédito de la imagen: NASA Goddard
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