Descubrimiento de galaxias ultramasivas inesperadas puede no reescribir la cosmología, pero aún deja preguntas.

13 de febrero de 2024

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por Emily Howard, Universidad de Texas en Austin

Desde que el Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) capturó su primer vistazo al universo temprano, los astrónomos se han sorprendido por la presencia de lo que parecen ser más galaxias "ultramasivas" de las esperadas. Según el modelo cosmológico más ampliamente aceptado, no deberían haber sido capaces de evolucionar hasta mucho más tarde en la historia del universo, lo que ha generado afirmaciones de que el modelo necesita ser cambiado.

Esto trastocaría décadas de ciencia establecida.

"El desarrollo de los objetos en el universo es jerárquico. Empiezas pequeño y te haces cada vez más grande", dijo Julian Muñoz, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Texas en Austin y coautor de un artículo reciente publicado en Physical Review Letters que prueba cambios en el modelo cosmológico. El estudio concluye que no es necesario revisar el modelo cosmológico estándar. Sin embargo, los astrónomos podrían tener que reconsiderar lo que entienden acerca de cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias.

La cosmología estudia el origen, la evolución y la estructura de nuestro universo, desde el Big Bang hasta el presente. El modelo cosmológico más ampliamente aceptado se llama modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) o "modelo cosmológico estándar". Aunque el modelo está muy fundamentado, gran parte del universo temprano ha permanecido teórico porque los astrónomos no podían observarlo completamente, si es que podían hacerlo.

Lanzado en 1990, el Telescopio Espacial Hubble fue fundamental para desarrollar y refinar el modelo cosmológico estándar. Observa el universo en longitudes de onda de luz ultravioleta, visible y algunas cercanas al infrarrojo. Sin embargo, esto hace que sea mejor para ver algunas cosas que otras. Por ejemplo, Hubble está bien equipado para observar galaxias más pequeñas que a menudo contienen mayores poblaciones de estrellas jóvenes que emiten luz ultravioleta y menos polvo que tiende a absorber longitudes de onda más cortas.

Lanzado a fines de 2021, el JWST brinda un complemento importante a las capacidades de Hubble. Al observar en longitudes de onda cercanas e infrarrojas, el JWST puede detectar objetos que son invisibles para Hubble.

"Estamos abriendo una ventana hacia lo desconocido", dijo Muñoz. "Ahora podemos probar nuestras teorías sobre el universo donde antes no habíamos podido".

Poco después del Big Bang, las cosas no eran perfectamente uniformes. Variaciones diminutas en la densidad tuvieron un impacto trascendental en la estructura y evolución futura del universo. Las regiones con mayor densidad atraían más materia debido a la gravedad, lo que eventualmente llevó a la formación de estructuras cada vez más grandes.

Para volverse tan grandes tan rápidamente, las galaxias ultramasivas observadas por JWST solo serían teóricamente posibles si se hubieran desarrollado más regiones de mayor densidad justo después del Big Bang. Esto requeriría cambiar el modelo cosmológico estándar.

Muñoz y su equipo probaron esta hipótesis.

Seleccionaron un rango de tiempo cósmico para el cual están disponibles tanto las observaciones de JWST como las de Hubble. Dentro de este rango, identificaron las galaxias más masivas disponibles en los datos de JWST y calcularon la cantidad de cambio en la densidad temprana del universo que sería necesaria para que se formen.

También calcularon cuántas galaxias más pequeñas resultarían de este cambio hipotético. Estas galaxias más pequeñas adicionales habrían sido observadas por Hubble.

"Pero eso no es lo que vemos", explicó Muñoz. "No puedes cambiar la cosmología lo suficiente como para explicar este problema de abundancia, dado que las observaciones de Hubble también se verían afectadas".

Entonces, ¿por qué JWST está encontrando tantas galaxias ultramasivas? Una posibilidad es que contengan agujeros negros supermasivos. Estos agujeros negros calentarían el gas cercano, haciendo que las galaxias parezcan más brillantes y, por lo tanto, más masivas de lo que realmente son. O las galaxias pueden no estar realmente en el universo temprano en absoluto, pero parecen estarlo porque el polvo hace que su color se vea más rojo de lo que sería de otra manera. Este cambio haría que las galaxias parezcan estar más lejos de lo que están.

Además de Muñoz, los autores del estudio son Nashwan Sabti y Marc Kamionkowski de la Universidad Johns Hopkins.

Información de la revista: Physical Review Letters , arXiv

Provided by University of Texas at Austin