El temprano (y misterioso) 'baby boom' de las galaxias

Un año después de su lanzamiento, el telescopio espacial James Webb (JWST) ya depara alguna sorpresa. Las primera imágenes captadas por el instrumento sugieren que había al menos una docena de galaxias brillantes en una época muy temprana de la historia del Universo: 500 millones de años después del Big Bang, o incluso antes.

Según la teoría cosmológica vigente, tan poco tiempo no sería suficiente para generar galaxias de esas características. Los investigadores están buscando posibles explicaciones. Una de las más rompedoras sería mover hacia atrás la fecha del Big Bang, lo que tumbaría como un castillo de naipes el modelo estándar de la cosmología. 

El JWST se lanzó en Diciembre de 2021 para darle el relevo a su antecesor, el glorioso Hubble. El JWST dispone de dispositivos más modernos, que le permiten mirar más a fondo en el pasado del cosmos. 

Corrimiento hacia el rojo

Las galaxias se alejan cada vez más rápido de nuestro punto de vista porque el universo está en expansión acelerada. De la misma forma en que el sonido de una ambulancia se altera a medida que esta se aleja, también la luz de estas galaxias sufre una modificación, llamada “corrimiento hacia el rojo”. Las galaxias con un mayor corrimiento hacia el rojo son las que existieron en tiempos más remotos. “Los astrofísicos somos viajeros del tiempo”, afirma Charlotte Mason, cosmóloga de la Universitat de Copenhagen.

Una de las explicaciones más rompedoras sería mover hacia atrás la fecha de nacimiento del Universo

En las primeras imágenes recopiladas por el JWST, los físicos han reconocido diversas galaxias con un alto corrimiento hacia el rojo. Se trata de imágenes de esas galaxias tal y como aparecían en una época relativamente cercana al Big Bang: los primeros 500 millones de años de vida del universo. 

Lo sorprendente es que estas galaxias son mucho más brillantes de lo esperado. Además, según un estudio, estos objetos acumularían una gran masa, lo que sugiere que serían muy ricas de estrellas, aunque esta estimación es controvertida.

Teoría en crisis

“El modelo estándar de la cosmología afirma que las galaxias grandes se forman agregando galaxias más pequeñas. Si vamos atrás en el tiempo, nos esperamos hallar galaxias más pequeñas y menos luminosa”, afirma Andrea Ferrara, cosmólogo de la Scuola Normale Superiore de Pisa.

“Es del todo inesperado que se encuentren tantas galaxias brillantes en los primeros mil millones de años después del Big Bang, cuando tan sólo un porcentaje pequeño de las estrellas del universo se habían formado”, afirma Marco Castellano, investigador del Observatorio Astronómico de Roma, quien descubrió una de las más antiguas este verano. 

El modelo estándar de la cosmología afirma que las galaxias grandes se forman agregando galaxias más pequeñas. Si vamos atrás en el tiempo, nos esperamos hallar galaxias más pequeñas y menos luminosa

Andrea Ferrara

— Cosmólogo de la Scuola Normale Superiore de Pisa

Los investigadores mantienen la prudencia, porque las medidas son preliminares. De hecho, se refieren a estos objetos anómalos como galaxias “candidatas”, a la espera de confirmación. De momento, la estimación de su corrimiento hacia el rojo se basa sobre un procesado de las fotografías, llamado fotometría, que tiene un margen de error alto. La medida de oro se llama espectroscopía y aún está pendiente para la mayoría de los objetos observados. Sin embargo, algunas espectroscopías preliminares parecen confirmar la antigüedad de esas galaxias. 

Posibles explicaciones

Los investigadores se están esforzando en interpretar el fenómeno sin tener que tirar la teoría estándar de la cosmología por la borda. Una posibilidad es que estas galaxias sean luminosas sin ser en realidad tan masivas. Ferrara ha propuesto una explicación: se ven tan brillantes, porque por alguna razón los vientos estelares han despejado el polvo que suele envolver las galaxias. Otra explicación sería que, por casualidad, las imágenes las han retratado en un pico puntual de brillo, debido a un brote de intensa formación de estrellas en su interior. 

Si no se encuentran muchas más galaxias tan luminosas, podrían quedarse en una sencilla anomalía. Castellano acaba de descubrir otra galaxia brillante al lado de la primera que encontró: podría ser que, de pura casualidad, los puntos del cielo donde el JWST ha mirado primero sean aquellos donde se concentran estas excepciones. Todas esas hipótesis salvarían la teoría cosmológica vigente. 

La cosmología actual esperaba galaxias más pequeñas y menos luminosas en esas fases tempranas del Universo

Recuento de galaxias

Explicar la gran masa de estas galaxias sería más peliagudo. “Aunque asumamos que fueran extremadamente eficientes en crear estrellas, mucho más de los niveles que solemos encontrar, no habría materia prima suficiente para acumular tanta masa en tan poco tiempo”, constata Mason.

El JWST tendrá que proporcionar más datos para hacer un recuento de estas brillantes galaxias primigenias y para estimar mejor su masa. Sin embargo, si la sorpresa se confirmara, no quedaría más remedio que poner en cuestión el modelo estándar de la cosmología. Eso podría tener consecuencias revolucionarias. 

Una posibilidad que contemplan los expertos es mover la fecha del Big Bang más atrás de los hace 13.800 millones de años en que está valorada actualmente. Eso daría una ventana de tiempo más amplia para que se formaran grandes galaxias brillantes. Sin embargo, esa fecha no está puesta al azar, sino surge de una teoría que explica otras muchas cosas. “Es excitante estar en un periodo que pone en cuestión la teoría”, concluye Mason.

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