Los investigadores que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA están observando por primera vez la formación de estrellas, gas y polvo en galaxias cercanas con una resolución sin precedentes en longitudes de onda infrarrojas. Los datos han permitido una colección inicial de 21 artículos de investigación que brindan una nueva visión de cómo algunos de los procesos de menor escala en nuestro universo, los comienzos de la formación estelar, impactan en la evolución de los objetos más grandes de nuestro cosmos: las galaxias.

El estudio más grande de galaxias cercanas en el primer año de operaciones científicas de Webb lo está llevando a cabo la colaboración PHANGS, en la que participan más de 100 investigadores de todo el mundo. Las observaciones de Webb están dirigidas por Janice Lee, científica jefe del Observatorio Gemini en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias y astrónoma afiliada de la Universidad de Arizona en Tucson.

El equipo está estudiando una muestra diversa de 19 galaxias espirales, y en los primeros meses de operaciones científicas de Webb, se han realizado observaciones de cinco de esos objetivos: M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365 y NGC 1433. Los resultados ya están asombrando a los astrónomos.

“La claridad con la que estamos viendo la fina estructura ciertamente nos tomó por sorpresa”, dijo David Thilker, miembro del equipo en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.

“Estamos viendo directamente cómo la energía de la formación de estrellas jóvenes afecta al gas que las rodea, y es simplemente notable”, dijo Erik Rosolowsky, miembro del equipo de la Universidad de Alberta, Canadá.
 

Las imágenes del Instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI) revelan la presencia de una red de características altamente estructuradas dentro de estas galaxias: cavidades brillantes de polvo y enormes burbujas cavernosas de gas que recubren los brazos espirales. En algunas regiones de las galaxias cercanas observadas, esta red de características parece construida a partir de capas y burbujas individuales y superpuestas donde las estrellas jóvenes están liberando energía.

“Las áreas que están completamente oscuras en las imágenes del Hubble se iluminan con exquisito detalle en estas nuevas imágenes infrarrojas, lo que nos permite estudiar cómo el polvo en el medio interestelar ha absorbido la luz de las estrellas en formación y la ha emitido de nuevo en el infrarrojo, iluminando una compleja red de gas y polvo”, dijo el miembro del equipo Karin Sandstrom de la Universidad de California, San Diego.

Las imágenes de alta resolución necesarias para estudiar estas estructuras han evadido a los astrónomos durante mucho tiempo, hasta que Webb entró en escena.

“El equipo de PHANGS ha pasado años observando estas galaxias en longitudes de onda ópticas, de radio y ultravioletas usando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array y el Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples del Very Large Telescope”, agregó Adam Leroy, miembro del equipo de la Universidad del Estado de Ohio. “Pero, las primeras etapas del ciclo de vida de una estrella han permanecido fuera de la vista porque el proceso está envuelto en nubes de gas y polvo”.

Las poderosas capacidades de infrarrojos de Webb pueden atravesar el polvo para conectar las piezas del rompecabezas que faltan.

Por ejemplo, las longitudes de onda específicas observables por MIRI (7,7 y 11,3 micras) y la cámara de infrarrojo cercano de Webb (3,3 micras) son sensibles a la emisión de hidrocarburos aromáticos policíclicos, que desempeñan un papel fundamental en la formación de estrellas y planetas. Estas moléculas fueron detectadas por Webb en las primeras observaciones del programa PHANGS.

Estudiar estas interacciones en la escala más fina puede ayudar a proporcionar información sobre el panorama general de cómo han evolucionado las galaxias a lo largo del tiempo.
 

“Debido a que estas observaciones se toman como parte de lo que se llama un programa de tesorería, están disponibles para el público a medida que se observan y reciben en la Tierra”, dijo Eva Schinnerer del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y líder de Colaboración de PHANGS.

El equipo de PHANGS trabajará para crear y publicar conjuntos de datos que alineen los datos de Webb con cada uno de los conjuntos de datos complementarios obtenidos previamente de los otros observatorios, para ayudar a acelerar el descubrimiento por parte de la comunidad astronómica en general.

“Gracias a la resolución del telescopio, por primera vez podemos realizar un censo completo de formación de estrellas y hacer inventarios de las estructuras de burbujas intermedias interestelares en galaxias cercanas más allá del Grupo Local”, dijo Lee. "Ese censo nos ayudará a comprender cómo la formación de estrellas y su retroalimentación se imprimen en el medio interestelar, dando lugar a la próxima generación de estrellas, o cómo impide que se forme la próxima generación de estrellas".