El telescopio Webb revela una abundancia inesperada de galaxias brillantes en el universo primitivo | Ciencias

El telescopio espacial James Webb ha estado observando el cielo durante solo unas pocas semanas y ya ha hecho un descubrimiento sorprendente: decenas, cientos, tal vez incluso 1000 veces más galaxias brillantes en el universo primitivo de lo que esperaban los astrónomos.

“Nadie esperaba algo como esto”, dice Michael Boylan Colchin de la Universidad de Texas en Austin. “Las galaxias están brotando de la madera”, dice Rachel Somerville del Instituto Flatiron.

Es posible que ahora sea necesario revisar los modelos de formación de galaxias, ya que los modelos actuales sostienen que las nubes de gas deben ser mucho más lentas para fusionarse en estrellas y galaxias de lo que sugieren las imágenes web ricas en galaxias del universo primitivo, menos de 500 millones de años después del Big Bang. “Esto está muy lejos de lo que predijeron los modelos”, dice Garth Illingworth de la Universidad de California (UC), Santa Cruz.

Webb, el observatorio orbital dirigido por la NASA con contribuciones de las agencias espaciales europea y canadiense, comenzó a observar a fines de junio desde su ubicación privilegiada a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Gran parte de su tiempo hasta ahora se ha dedicado a proyectos destinados a demostrar sus capacidades, como la Encuesta de evolución cósmica de ciencia de publicación temprana (CEERS). Webb está diseñado para profundizar más en la historia cósmica que su predecesor, el telescopio espacial Hubble. Su espejo de 6,5 metros, que es seis veces el tamaño del telescopio Hubble, puede capturar más luz de fuentes distantes y, a diferencia del Hubble, opera en longitudes de onda infrarrojas, lo que hace que Webb sea más sensible a esas fuentes distantes, cuya luz se extiende a otros infrarrojos. longitudes de onda Longitud de onda más larga y más roja por expansión cósmica.

A los pocos días de que Webb comenzara las observaciones, descubrió una galaxia candidata que parecía brillar intensamente cuando el universo tenía solo 230 millones de años, el 1,7% de su edad actual, lo que la convierte en la más lejana jamás vista. Las encuestas desde entonces han demostrado que el objeto es solo una de una asombrosa abundancia de galaxias tempranas, cada una pequeña para los estándares actuales, pero más luminosa de lo que esperaban los astrónomos.

Algunos investigadores advierten que la abundancia, basada en imágenes de una pequeña porción de cielo, puede ser una ilusión. Boylan-Kolchin se pregunta si Webb tuvo “mucha suerte” y se quedó mirando un enorme grupo de galaxias, mucho más denso que el resto del universo primitivo. Esa pregunta se resolverá cuando CEERS amplíe su alcance más adelante este año y los resultados provengan de otras encuestas a gran escala.

También es posible que los astrónomos hayan identificado erróneamente las galaxias de los tiempos modernos un poco como galaxias muy tempranas. Los espectros son el estándar de oro para medir la edad de una galaxia porque permiten medir con precisión el enrojecimiento de su luz. Pero recopilar espectros de muchas galaxias lleva tiempo. En cambio, las encuestas web de Webb hasta ahora han estimado las edades de las galaxias a partir del color que aparecen en las imágenes, un método relativamente primitivo. Una cámara web de infrarrojo cercano filtra su luz en unas pocas cajas de longitud de onda amplia, lo que brinda a los astrónomos una medida de color aproximada; Rojo significa distancia. Pero el polvo que rodea la galaxia puede engañar a los observadores, ya que puede absorber la luz de las estrellas y reenviarla en longitudes de onda más largas, haciendo que la galaxia parezca más roja.

Los primeros equipos científicos de Webb ya han identificado bastantes de estas galaxias ocultas, como se informó en varios avances recientes. Pero si la abundancia de las primeras galaxias es real, es posible que los astrónomos tengan que repensar fundamentalmente la composición de las galaxias o la cosmología convencional.

Al observar las galaxias cercanas, los investigadores concluyeron que el calor dentro de las nubes de gas ralentiza la velocidad de la condensación gravitacional de la materia en las estrellas, lo que hace que la formación de estrellas tarde unas 100 veces más que si la gravedad fuera la responsable. Cuando las primeras estrellas en la galaxia protogaláctica comienzan a brillar, inyectan más calor en el gas y bombean los frenos para formar una estrella adicional. Y las primeras estrellas son gigantes que no vivieron mucho. Cuando explotan como supernovas, calientan aún más las nubes de gas o las expulsan de una galaxia completamente formada.

Los estudios con Hubble han demostrado que la tasa de formación de estrellas fue relativamente constante unos 600 millones de años después del Big Bang, dice Charlotte Mason del Instituto Niels Bohr. Pero los resultados de Webb sugieren que en épocas anteriores su ritmo era mucho más rápido, tan rápido, sugiere Somerville, como si las nubes de gas colapsaran libremente, sin ninguna restricción por el calor o las supernovas.

De hecho, Tommaso Treu de UCLA, que dirige otro estudio web llamado GLASS, dice que su equipo está viendo estas galaxias tempranas “formando estrellas como locas”. Parecen “bolas gigantes formadoras de estrellas y nada más”, agrega.

Los teóricos no saben si la alta densidad de la materia y las altas temperaturas en el universo primitivo aceleraron la formación estelar. Otra teoría es que las primeras estrellas podrían haberse formado más rápido porque se formaron solo a partir de la materia primordial sobrante del big bang (hidrógeno y helio) sin los elementos más pesados ​​formados por generaciones posteriores de estrellas.

O puede haber algo mal con la comprensión actual de cómo evolucionó el universo. La teoría dominante en cosmología, conocida como lambda-CDM (que se refiere a la materia oscura fría), describe cómo, poco después del Big Bang, la materia oscura invisible que constituye la mayor parte de la materia del universo se agrupa bajo su propia gravedad en ” halos.” Estos halos son materia ordinaria y crean las condiciones para condensarse en galaxias. Lambda-CDM predice la cantidad y el tamaño de los halos que deberían existir en el universo primitivo y, por lo tanto, la cantidad de galaxias. “No hay mucho espacio para maniobrar”, dice Boylan Colchin.

Somerville dice que podría ser posible modificar el lambda-CDM para crear algo más parecido a lo que ve Webb. O, dice, los cosmólogos pueden tener que reevaluar los primeros momentos del big bang: la era de la inflación, un período de rápido crecimiento en el que las fluctuaciones cuánticas se convirtieron en regiones de mayor o menor densidad de materia, las semillas de halos posteriores. “Si la inflación está mal, puede ser muy fundamental”, dice ella. “Pero yo no apostaría por eso”.

Habiendo descubierto el problema de las primeras galaxias, Webb puede proporcionar los datos necesarios para responderlo. Hasta ahora, Webb solo ve estrellas jóvenes, calientes y brillantes en las galaxias tempranas recién descubiertas. Las observaciones continuas de estas galaxias en longitudes de onda más largas utilizando el instrumento de infrarrojo medio de Webb o los radiotelescopios terrestres sensibles a las ondas submilimétricas pueden revelar nubes de gas que forman activamente estrellas. Estas observaciones pueden ayudar a los astrónomos a confirmar que las primeras galaxias eran fábricas de estrellas inusualmente impresionantes, y tienen pistas sobre cómo podrían haberlo hecho.

“Dentro de seis meses tendremos una imagen mucho mejor de todo esto”, dice Boylan Colchin. “Es un momento muy emocionante”.

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