Cuando los astrónomos vislumbraron por primera vez galaxias en el universo primitivo desde el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, esperaban encontrar píos galácticos, pero en lugar de eso resultaron ser un bebé para los culturistas olímpicos. Algunas galaxias parecen haber crecido tan masivamente, tan rápido, que las simulaciones no pueden explicarlas. Algunos investigadores han sugerido que esto significa que puede haber algo mal en la teoría que explica de qué está hecho el universo y cómo ha evolucionado desde el Big Bang, conocido como el Modelo Estándar de cosmología.
Según un nuevo estudio Diario astrofísico Dirigidas por Kathryn Chorowski, estudiante graduada de la Universidad de Texas en Austin, algunas de estas primeras galaxias son en realidad mucho menos masivas de lo que parecen a primera vista. Los agujeros negros en algunas de estas galaxias parecen mucho más brillantes y más grandes de lo que realmente son.
“Todavía vemos más galaxias de las previstas, aunque ninguna de ellas es tan masiva como para ‘romper’ el universo”, dijo Cwarowski.
La evidencia fue proporcionada por la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) de Webb, dirigida por el profesor de astronomía de UT y coautor del estudio Steven Finkelstein.
Añade luminosidad a los agujeros negros
Según este último estudio, las galaxias que parecen demasiado masivas probablemente sean agujeros negros que consumen gas rápidamente. La fricción del gas que se mueve rápidamente emite calor y luz, lo que hace que estas galaxias sean mucho más brillantes de lo que serían si esa luz fuera emitida simplemente por las estrellas. Esta luz adicional puede mostrar que las galaxias contienen muchas más estrellas y, por lo tanto, son más masivas de lo que podríamos suponer. Cuando los científicos eliminan del análisis estas galaxias, denominadas el “pequeño punto rojo” (por su color rojo y su pequeño tamaño), las galaxias primarias restantes no son demasiado masivas para encajar en las predicciones del Modelo Estándar.
“Entonces, la conclusión es que no hay crisis en términos del Modelo Estándar de cosmología”, dijo Finkelstein. “Siempre que tienes una teoría que ha resistido la prueba del tiempo durante tanto tiempo, necesitas evidencia abrumadora para descartarla. Y este no es el caso”.
Fábrica de estrellas eficiente
Aunque resolvieron el problema principal, queda otro menos espinoso: la red de datos del Universo Temprano todavía contiene casi el doble de galaxias de lo que se esperaba del modelo estándar. Una posible razón podría ser que las estrellas se formaron más rápidamente en el universo primitivo que en la actualidad.
“Probablemente en las primeras etapas del universo, las galaxias eran buenas para convertir gas en estrellas”, dijo Chorowski.
La formación de estrellas ocurre cuando el gas caliente se enfría lo suficiente como para hundirse bajo la gravedad y condensarse en una o más estrellas. Pero a medida que el gas se comprime, se calienta y crea presión externa. En nuestra región del Universo, el equilibrio de estas fuerzas opuestas hace que el proceso de formación estelar sea muy lento. Pero tal vez, según algunas teorías, debido a que el universo primitivo era más denso de lo que es hoy, era más difícil expulsar el gas durante la formación estelar, lo que permitió que el proceso fuera más rápido.
Más evidencia de agujeros negros
Al mismo tiempo, los astrónomos que analizaban el espectro del “pequeño punto rojo” descubierto con Webb, los investigadores del equipo CEERS y otros encontraron evidencia de gas hidrógeno en rápido movimiento, una característica de los discos de acreción de los agujeros negros. Esto apoya la idea de que parte de la luz de estos objetos rojos compactos proviene del gas que gira alrededor del agujero negro en lugar de estrellas, lo que refuerza la conclusión del equipo de Chorovsky de que las estrellas probablemente no sean tan masivas como los astrónomos pensaban inicialmente. Sin embargo, próximamente se realizarán más observaciones de estos curiosos objetos que ayudarán a resolver el enigma de cuánta luz proviene de las estrellas versus cuánta luz proviene del gas alrededor del agujero negro.
A menudo, en la ciencia, cuando respondes una pregunta, genera nuevas preguntas. Aunque los investigadores muestran que el modelo estándar de cosmología probablemente no esté roto, su trabajo apunta a la necesidad de nuevas ideas sobre la formación de estrellas.
“Y por eso todavía existe esa sensación de intriga”, dijo Cwarowski. “No todo se entiende completamente. Eso es lo que hace que este tipo de ciencia sea divertido, porque sería un campo terriblemente aburrido si todo pudiera resolverse en un solo artículo, o si no hubiera más preguntas que responder”.
Otros autores de UT son Michael Boylan-Colchin, Anthony Taylor y Michaela Bagley. Ellos, Finkelstein (como su director) y Chorowski son miembros del Centro de Fronteras Cósmicas de la UT, que busca avanzar en nuestra comprensión del universo temprano.
Otras instituciones que participan en el estudio son Colby College, Universidad de Toronto, Universidad Texas A&M, Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias, Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Universidad de Connecticut, Centro Europeo de Astronomía Espacial, Universidad de Massachusetts Amherst, Universidad de California En Irvine, Centro de Astrobiología (España), Universidad Hebrea de Jerusalén, Centro Amanecer Cósmico (Dinamarca), Universidad de Copenhague, Instituto Flatiron, Universidad de Louisville, Universidad de la Laguna, Université Paris City, Instituto Federal Suizo de la Univ. Tecnología Lausana, Instituto de Tecnología de Rochester, Universidad de Padua (Italia), INAF — Observatorio Astronómico de Padua (Italia), Universidad de California en Riverside, Universidad de Sussex, Universidad de Malta, Universidad de Groningen, Instituto Holandés de Investigación Espacial SRON y Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
Esta investigación fue apoyada por la NASA, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y la Fundación Nacional de Ciencias.
El Telescopio Espacial James Webb es un programa internacional liderado por los socios de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.