JWST detecta moléculas orgánicas complejas 12 mil millones de luz

A través de una combinación de curvatura gravitacional de la luz y el extraordinario poder del JWST, los científicos han detectado hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en una galaxia a 12 mil millones de años luz de la Tierra. Estamos viendo la galaxia SPT0418-47 tal como era cuando el universo tenía una décima parte de su edad actual, y las observaciones muestran que ya estaba enriquecida en elementos pesados ​​y moléculas bastante complejas.

Cuando encontramos PAH en la Tierra, generalmente es una mala señal. Este conjunto de compuestos se produce en los incendios forestales y en los gases de escape de los motores, aunque algunos de ellos sí tienen usos como insecticidas y precursores de otras moléculas. Encontrarlos en el espacio es un asunto muy diferente, ya que indican procesos químicos importantes y algunos de los ingredientes necesarios para hacer vida.

Encontrar PAH en nuestra propia galaxia se ha convertido en una rutina, pero el universo primitivo es un asunto diferente. Ahora, un nuevo artículo ha cambiado eso. Además, el trabajo ha ido mucho más allá de la mera detección. Al mapear la distribución de PAH en SPT0418-47, el artículo revela que las emisiones infrarrojas de una galaxia polvorienta como esta estaban dominadas por la formación estelar.

La mitad de la radiación que emiten las estrellas es absorbida por los granos de polvo, que se calientan en el proceso y vuelven a emitir la energía en el infrarrojo, donde el JWST puede detectarlos. Los PAH siguen la distribución de granos de polvo de tamaño milimétrico en el espacio y pueden actuar como un proxy para revelar su presencia. También regulan el enfriamiento del gas entre los sistemas estelares.

La atmósfera interfiere con las observaciones basadas en la Tierra en el infrarrojo, y antes de que los telescopios espaciales JWST carecieran del estudio de potencia, la distribución de PAH en galaxias muy distantes. Junto con el JWST, los autores del artículo, incluido el estudiante graduado de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign Kedar Phadke y el profesor Joaquin Vieira, utilizaron un ejemplo extremo de lente gravitacional, donde una gran masa enfoca la luz de un objeto más distante para magnificarla.

SPT0418-47 tiene una lente gravitacional de una galaxia más cercana para que parezca 30-35 veces más grande y brillante que sin la lente. Solo la combinación de un evento de lente tan extremo y el poder del JWST nos permite ver una galaxia tan distante tan claramente alrededor de la longitud de onda de 3,3 micrómetros, en la que irradian los PAH.

"Lo que esta investigación nos dice en este momento, y todavía estamos aprendiendo, es que podemos ver todas las regiones donde se encuentran estos granos de polvo más pequeños, regiones que nunca pudimos ver antes del JWST", dijo Phadke en un comunicado.

La distribución de los PAH y los granos pequeños revela un patrón diferente al de los granos de polvo más grandes responsables de las emisiones del infrarrojo lejano, con proporciones entre ellos que varían en un factor de cinco.

También revela que la mayor parte de la radiación infrarroja de SPT0418-47 no proviene del disco de acreción alrededor del agujero negro, como es el caso de los cuásares, sino que es emitida por las estrellas.

"No esperábamos esto", dijo Vieira. "Detectar estas moléculas orgánicas complejas a una distancia tan grande es un cambio de juego con respecto a las observaciones futuras. Este trabajo es solo el primer paso, y ahora estamos aprendiendo cómo usarlo y conocer sus capacidades. Estamos muy emocionados de ver cómo esto se desarrolla".

Una cosa que aún no sabemos es si SPT0418-47 es típica de las galaxias de esta era en las formas medidas, o si es un caso atípico. Para responder a esa pregunta, necesitaremos encontrar muchas más galaxias con una galaxia más cercana convenientemente ubicada que pueda enfocarlas gravitacionalmente para nosotros, o construir un telescopio aún más poderoso que el JWST.

El estudio se publica en Nature.