Nadie los esperaba. Se suponía que no debían estar allí. Y ahora, nadie puede explicar cómo se habían formado.
Galaxias casi tan masivas como la Vía Láctea y llenas de estrellas rojas maduras parecen estar dispersas en las imágenes de campo profundo obtenidas por el Telescopio Espacial James Webb (Webb o JWST) durante su campaña de observación inicial, y les están dando dolor de cabeza a los astrónomos.
Estas galaxias, descritas en un nuevo estudio basado en la primera publicación de datos de Webb, están tan lejos que aparecen solo como pequeños puntos rojizos para el poderoso telescopio. Al analizar la luz emitida por estas galaxias, los astrónomos establecieron que las estaban viendo en la infancia de nuestro universo, solo entre 500 y 700 millones de años después del Big Bang.
Estas galaxias tempranas no son sorprendentes en sí mismas. Los astrónomos esperaban que los primeros cúmulos de estrellas surgieran poco después de que el universo saliera de las llamadas edades oscuras: los primeros 400 millones de años de su existencia, cuando solo una espesa niebla de átomos de hidrógeno impregnaba el espacio.
Relacionado: 12 asombrosos descubrimientos del telescopio espacial James Webb en todo el universo
Pero las galaxias encontradas en las imágenes de Webb parecían sorprendentemente grandes, y las estrellas en ellas demasiado viejas. Los nuevos hallazgos están en conflicto con las ideas existentes sobre cómo se veía y evolucionó el universo en sus primeros años, y no coinciden con las observaciones anteriores realizadas por el predecesor menos poderoso de Webb, el telescopio espacial Hubble.
“Teníamos expectativas específicas para el tipo de galaxias que viven en el universo primitivo: son jóvenes y pequeñas”, dijo a Space.com Joel Leja, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State y uno de los autores del estudio. un correo electrónico. “Estudios previos del universo primitivo con Hubble y otros instrumentos tienden a encontrar pequeñas galaxias bebés azules en tiempos tempranos: objetos que se han formado recientemente a partir de la sopa cósmica primordial y que están construyendo sus primeras estrellas y estructuras”.
Las estrellas jóvenes en general brillan de color azul brillante. Con la edad, las estrellas desarrollan un brillo más rojo a medida que queman su combustible y se enfrían. En las galaxias antiguas para las que Webb se construyó, los astrónomos no esperaban ver viejas estrellas rojas. Tampoco esperaban encontrar galaxias más masivas que quizás mil millones de soles. Pero esos puntos rojizos revelados en los campos profundos de Webb parecen 50 veces más grandes que eso, dijo Leja.
“Se estima que las galaxias más masivas de nuestra muestra tienen masas [two to four times lower] que la de nuestra propia Vía Láctea”, escribió Leja. “Esto fue asombroso: estamos encontrando candidatas a galaxias tan masivas como nuestra propia galaxia cuando el universo tenía el 3% de su edad actual”.
Leja dijo que antes de que los astrónomos comiencen a reescribir las teorías cosmológicas para explicar cómo estas galaxias se unieron tan rápidamente después del Big Bang, deberán asegurarse de que los extraños puntos rojos que están mirando no sean otra cosa. Sin embargo, la mayoría de las explicaciones alternativas también requieren conceptos completamente nuevos, dijo Leja.
“Por ejemplo, las estrellas en el universo primitivo pueden emitir luz de formas exóticas debido a su falta de elementos pesados, y tal vez no los estemos incorporando en nuestros modelos”, escribió Leja. “O alternativamente, tal vez nuestra comprensión de cómo se forman las estrellas localmente, por ejemplo, cuántas estrellas se forman a partir del gas en función de la masa de las estrellas, es totalmente inaplicable en el universo primitivo. Estas cosas también serían emocionantes de descubrir y anularían nuestra comprensión de la formación de estrellas en el universo primitivo, solo que de una manera muy diferente”.
Las imágenes que revelaron estas desconcertantes galaxias fueron obtenidas por la cámara de infrarrojo cercano de Webb (NIRCam) como parte del programa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Los astrónomos planean volver pronto a girar el espejo de Webb hacia estas galaxias para, esta vez, obtener espectros de luz de esos puntos distantes. Los espectros descomponen la luz observada según su composición de longitud de onda y, por lo tanto, revelan las propiedades químicas y físicas de su fuente.
“Lo más importante es que los espectros dan distancias muy precisas a estos objetos”, dijo Leja. “La ‘distancia’ y la ‘identidad’ de estos objetos están correlacionadas: si conocemos la distancia, podemos precisar la identidad, y viceversa. Entonces, un espectro nos dirá de inmediato si nuestras hipótesis son correctas”.
Solo un poco más de seis meses después de que el equipo de Webb publicara las primeras observaciones del gran observatorio, los científicos ya tienen el desafío de reescribir sus teorías sobre el universo primitivo.
“Miramos en el universo muy primitivo por primera vez y no teníamos idea de lo que íbamos a encontrar”, dijo Leja en un comunicado de la Universidad de Penn.
“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”.
El estudio fue publicado en la revista Naturaleza el miércoles (22 de febrero).
Derechos de autor 2023 Espacio.com, una empresa del Futuro. Reservados todos los derechos. Este material no puede ser publicado, transmitido, reescrito o redistribuido.