cuando el presidente estadounidense Joe Biden reveló, en julio pasado, la primera imagen del Telescopio Espacial James Webb de la NASA (JWST, por sus siglas en inglés), el mundo pudo observar la imagen de campo profundo más nítida del cosmos distante que se ha obtenido hasta la fecha.
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!Se trata de una imagen infrarroja, de resolución sin precedentes que muestra el cúmulo de galaxias llamado SMACS 0723, repleta de detalles y en la que se pueden observar nítidamente los miles de objetos que la componen, la mayoría de ellos galaxias, incluidos unos pequeños puntos muy rojos y muy distantes que llamaron la atención de astrofísicos de todo el mundo.
El JWST está equipado con instrumentos de detección de radiación infrarroja como la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam), el espectrógrafo sin rendija y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), capaces de detectar la luz emitida por estrellas y galaxias muy antiguas. Prácticamente permite echar un vistazo en el tiempo, a 13 mil 500 millones de años atrás.
Aunque esta imagen cubre solo un pequeño pedazo del cielo observable desde la Tierra, similar al espacio que puede ocultar un grano de arena sostenido con el brazo extendido de una persona, esa pequeña fracción del firmamento está modificando la comprensión que hasta hoy tenemos del Universo.
Un equipo de 11 investigadores de Australia, Dinamarca, Estados Unidos y España, encabezados por Ivo Labbé, del Centro de Astrofísica y Supercómputo de la Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia, analizó esos pequeños puntos rojos.
Esperaban encontrar pequeñas galaxias, bebés y jóvenes; de las primeras que se formaron tan solo 700 millones de años después del Big Bang. Una etapa en la formación del cosmos entendida como el amanecer del Universo, cuando tenía solo el 5% de su edad actual de 13 mil 800 millones de años.
Los científicos Esperaban encontrar pequeñas galaxias, bebés y jóvenes; de las primeras que se formaron tan solo 700 millones de años después del Big Bang. En su lugar descubrieron galaxias masivas con más de cien mil millones de estrellas.
En su lugar, descubrieron galaxias gigantes con más de cien mil millones de estrellas tan maduras como la Vía Láctea –que tiene alrededor de 13 mil millones de años de edad–, cuya conformación no puede explicarse con los conocimientos adquiridos hasta ahora por los científicos, sobre los orígenes de la formación de galaxias y del Universo.
De acuerdo con un artículo publicado de forma acelerada por la revista Nature de esta semana (https://doi.org/10.1038/s41586-023-05786-2), esos pequeños puntos muy rojos parecen corresponder a seis galaxias masivas que, en teoría, se formaron 700 millones de años después del Big Bang, pero que parecían tener la edad que ahora tiene la Vía Láctea.
El equipo inició su investigación una semana después de que se dio a conocer la imagen del JWST. “Poco sabía que entre las imágenes hay un pequeño punto rojo que sacudirá nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias después del Big Bang”, expresó Labbé.
Después de unos días el investigador ejecutó el software de análisis de la información de ese y otros puntos rojos de la imagen y arrojó dos datos significativos: distancia 13.1 mil millones de años luz, masa 100 mil millones de estrellas. “¡Casi escupo mi café!”, recuerda Labbé. “Acabamos de descubrir lo imposible: galaxias masivas”.
Eso significa que, al ser una imagen de hace 13 mil 100 años, se formaron tantas estrellas en esas galaxias como las hay en la Vía Láctea, pero en un tiempo récord.
“Encontramos seis candidatas a galaxias masivas con 100 mil millones de masas solares entre 500 y 700 millones de años después del Big Bang, incluida una galaxia con una posible masa estelar mayor a los 100 mil millones de masas solares. Si se verifica con espectroscopía, la densidad de masa estelar de las galaxias sería mucho mayor de lo anticipado en estudios previos”.
Un primer vistazo
En el artículo los científicos señalan: ”Encontramos seis candidatas a galaxias masivas con 100 mil millones de masas solares entre 500 y 700 millones de años después del Big Bang, incluida una galaxia con una posible masa estelar mayor a los 100 mil millones de masas solares. Si se verifica con espectroscopía, la densidad de masa estelar de las galaxias sería mucho mayor de lo anticipado en estudios previos”.
Los integrantes del equipo de científicos, entre los que se encuentra Joel Leja, de la Universidad Penn State, quien modeló la luz de estos objetos, ha llamado a esas galaxias como “rompedores de universos” y hasta ahora han estado haciendo honor a su nombre.
“Si bien los datos indican que probablemente sean galaxias, creo que existe una posibilidad real de que algunos de estos objetos resulten ser agujeros negros supermasivos oscurecidos”, dice Leja en un comunicado de la Universidad.
Sin embargo, la masa de cada uno de los objetos es 100 veces mayor de lo que indican las teorías conocidas hasta ahora y se encuentran 99% fuera de los modelos de cosmología. “Este es nuestro primer vistazo hasta ahora, por lo que es importante que mantengamos la mente abierta sobre lo que estamos viendo”, señala.
Con este primer vistazo los investigadores observaron un conjunto de 98 probables galaxias igual de distantes, aunque menos masivas, pero entre las seis masivas una de ellas, la más brillante llamada 38094, puede tener una masa superior a la Vía Láctea. Pero aún faltan más análisis para confirmar el hallazgo.
Dar cuenta de una cantidad tan grande de masa requeriría alterar los modelos vigentes de la cosmología o revisar la comprensión científica de la formación de galaxias en el Universo primitivo. Cualquiera de los escenarios requiere un cambio fundamental en la comprensión de cómo surgió el Universo.
“Miramos el Universo muy primitivo por primera vez y no teníamos idea de lo que íbamos a encontrar”, dijo Leja. “Resulta que encontramos algo tan inesperado que en realidad crea problemas para la ciencia. Pone en duda toda la imagen de la formación temprana de galaxias”.
De confirmarse el hallazgo, los científicos tendrán que encontrar explicaciones sobre algo que nunca pensaron que tendrían que replantearse: el origen de las galaxias y del Universo.
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Puntos muy rojos
La luz visible y ultravioleta de las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang se estira por la expansión del Universo a medida que viaja hacia nosotros, por lo que cuando la luz nos alcanza, las observamos como luz infrarroja y justamente esta es la gran capacidad de observación del Telescopio James Webb, lo que le permite detectar las galaxias más distantes.
Las galaxias descubiertas fueron identificadas en las primeras observaciones del JWST con el proyecto llamado Programa de Ciencia sobre la Evolución Cósmica Temprana (CEERS, por sus siglas en inglés). Por ello, en las fotografías reveladas, las galaxias se ven como puntos muy rojos, porque toda la luz viene en el infrarrojo por la gran distancia.
A esta medida de la edad de un objeto astronómico se le llama “Redshift” o “corrimiento al rojo”, significa que la luz de esos objetos cambia de longitud de onda al viajar en el espacio en expansión y acelerado, y cuanto más rojo está el objeto significa que está más distante.
Hasta ahora los expertos en la formación de galaxias habían observado galaxias muy primitivas que se formaron alrededor de mil 500 millones de años después del Big Bang, pero estas galaxias ahora están inactivas, han dejado de formar estrellas y se les llama “galaxias muertas”; con tantas estrellas como la Vía Láctea, pero 30 veces más pequeñas.
El equipo de científicos está llevando a cabo otros análisis que les ayuden a explicar por qué hay demasiadas estrellas en un tiempo tan corto y en etapa tan temprana del Universo.
Las estrellas se forman a partir del gas de hidrógeno y la teoría cosmológica fundamental señala que se requiere una gran cantidad de gas para formar estrellas, por lo que la formación de estas galaxias distantes tan rápido requirió casi todo el gas existente en el Universo en ese momento y con una gran eficiencia. Algo prácticamente imposible de explicar ahora.
Luego de estos resultados, grupos de astrofísicos con diversos instrumentos y técnicas de espectroscopía incluido el propio JWST están enfocando su mirada a estos puntos rojos, lo que proporcionará más información que corrobore su composición y tamaño.
Quizá, como dijo Lieja algunos de estos puntos sean hoyos negros supermasivos o cuásares, que se forman cuando la materia que cae en el hoyo negro supermasivo del centro de una galaxia brilla intensamente, como un faro en la oscuridad del cosmos.
De confirmarse el hallazgo, los científicos tendrán que encontrar explicaciones sobre algo que quizá nunca pensaron que tendrían que replantearse: el origen de las galaxias y del Universo.
