¿Recuerdas esas galaxias increíblemente masivas? Pueden ser aún más masivos.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) fue diseñado para sondear los misterios del universo, uno de los cuales es el aspecto de las primeras galaxias. Estas galaxias se formaron durante el Época de reionización (también conocido como «Cosmic Dawn»), que duró alrededor de 100 a 500 millones de años después del Big Bang. Al observar estas galaxias y compararlas con las que se ven más cerca de la nuestra hoy en día, los astrónomos esperan probar las leyes de la física en la mayor de las escalas y qué papel han jugado (si es que lo han hecho) la materia oscura y la energía oscura.
Desafortunadamente, al principio de su campaña, el JWST detectó galaxias de este período tan masivas que eran incompatibles con nuestra comprensión de la formación del Universo. La teoría más ampliamente aceptada de cómo encaja todo se conoce como Lambda de materia oscura fría (LCDM) modelo cosmológico, que mejor describe la estructura y evolución del Universo. Según los últimos resultados del centro amanecer cósmico, estas galaxias pueden ser aún más masivo de lo que se pensaba anteriormente, desafiando aún más nuestra comprensión del cosmos.
El equipo de investigación estuvo dirigido por el Cosmic Dawn Center (DAWN) e incluyó investigadores de Instituto Niels Bohr (NBI) en la Universidad de Copenhague, el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC) de la Universidad de Stanford, y astrónomos y astrofísicos de la Universidad de Ginebra, la Universidad de Texas en Austin, la Universidad de Colorado y la UC Santa Cruz. El artículo que describe sus hallazgos apareció en el 10 de mayomi problema de El diario astronómico.
Entre las primeras imágenes compartidas por el JWST estaba la impresionante vista del cúmulo de galaxias SMACS 0723 conocido como WebbPrimer campo profundo de (mostrado arriba). Esta imagen fue adquirida por Webb’s Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) y proporcionó una visión detallada de cómo surgieron las galaxias en este cúmulo hace 4.600 millones de años. Además, la imagen se llenó de lentes gravitacionales que permitieron a los astrónomos observar más de cerca objetos más distantes, incluida la galaxia más distante jamás vista (GL-z13, ahora conocida como GLz-12) y varias galaxias «Green Pea» que datan de principios de Universo.
El único problema es que Webb notó más galaxias de las esperadas durante este período, y algunas eran más masivas de lo que se creía posible. De acuerdo con el modelo LCDM, simplemente no hubo suficiente tiempo desde el Big Bang para que tantas galaxias se formaran o se volvieran tan masivas. Esto ha dado lugar a todo tipo de afirmaciones, incluida la idea de que el modelo del Big Bang estaba equivocado, una afirmación muy cuestionable hecha por los defensores de la hipótesis del estado estacionario. Aunque estos descubrimientos no han trastornado toda nuestra comprensión cosmológica, no han sido explicados.
Aclarar WebbObservaciones previas, una estudiante de doctorado en el Cosmic Dawn Center (Clara Giménez Arteaga) y sus colegas analizaron los datos con más detalle. En su artículo, describen cómo observaron cinco galaxias en el campo profundo SMACS 0723 con corrimientos al rojo (z) del 5 al 9, que nos parecen como lo habrían sido hace unos 12.700 a 13.200 millones de años. Según su análisis, el equipo plantea la hipótesis de que lo que estamos viendo aquí es un efecto que podría significar que estas galaxias son incluso más grandes de lo que parecen. Como explicó Arteaga en un NBI comunicado de prensa:
“Usamos el procedimiento estándar para calcular las masas estelares a partir de imágenes tomadas por James Webb, pero píxel por píxel en lugar de mirar toda la galaxia. En principio, uno esperaría que los resultados fueran los mismos: agregue la luz de todos los píxeles y encuentre la masa estelar total, en lugar de calcular la masa de cada píxel y sume todas las masas estelares individuales. Pero no lo son.
Por lo general, los astrónomos calculan la masa estelar de las galaxias midiendo la cantidad de luz emitida y luego deduciendo la población necesaria para esa cantidad. Sin embargo, al observar más de cerca la muestra de cinco galaxias, Arteaga y su equipo descubrieron que si las galaxias se vieran como una entidad formada por múltiples agrupaciones estelares (en lugar de una sola gran masa), la imagen cambiaría drásticamente. Con base en este método alternativo, encontraron que las masas estelares inferidas de estas cinco galaxias serían hasta diez veces mayores.
Luego, el equipo comparó la masa de las cinco galaxias utilizando los dos métodos y descubrió que los valores siempre eran mucho más altos al analizarlos píxel por píxel (en lugar del enfoque de luminosidad inferida). En cuanto a por qué este es el caso, Arteaga y su equipo creen que tiene que ver con la composición de las galaxias, que está lejos de ser singular:
«Las poblaciones estelares son una mezcla de estrellas pequeñas y débiles por un lado, y estrellas brillantes y masivas por el otro. Si nos fijamos en la luz combinada, las estrellas brillantes tenderán a eclipsar por completo a las estrellas débiles, dejándolas inadvertidas. Nuestro análisis muestra que los cúmulos de formación de estrellas brillantes pueden dominar la luz total, pero la mayor parte de la masa se encuentra en estrellas más pequeñas.
Una buena resolución es muy importante para estimar con precisión la masa estelar, una de las propiedades clave por las que los astrónomos caracterizan las galaxias. Si bien esto es relativamente fácil para las galaxias relativamente cercanas a la Vía Láctea, sigue siendo un desafío para las galaxias mucho más lejanas. Aunque el efecto señalado por Arteaga y sus colegas ya se ha observado, solo se ha observado con galaxias tal como aparecen en épocas posteriores de la historia cósmica. Gracias a la resolución superior de Webb, esta es la primera vez que se aplica a las galaxias más distantes.
Desafortunadamente, incluso Webb es limitada a la hora de observar galaxias que existieron hace unos 13.000 millones de años cuando el Universo apenas tenía 1.000 millones de años. Por lo tanto, el siguiente paso será buscar firmas correlacionadas con la masa real de estas galaxias que no requieran imágenes de alta resolución. Como lo resumió Arteaga:
«Otros estudios en épocas muy posteriores también han encontrado esta discrepancia. Si podemos determinar la frecuencia y la gravedad del efecto en épocas anteriores y cuantificarlo, estaremos más cerca de inferir masas estelares robustas de galaxias distantes, que es uno de los principales retos actuales en el estudio de las galaxias del Universo primitivo.
Otras lecturas: BNI, El diario astronómico
