Desde que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) capturó su primer vistazo del universo temprano, los astrónomos se han sorprendido por la presencia de lo que parecen ser galaxias más "ultramasivas" de lo esperado. Según el modelo cosmológico más ampliamente aceptado, no deberían haber podido evolucionar hasta mucho más tarde en la historia del universo, lo que genera afirmaciones de que es necesario cambiar el modelo.
Esto pondría patas arriba décadas de ciencia establecida.
"El desarrollo de los objetos en el universo es jerárquico. Se empieza siendo pequeño y se va haciendo cada vez más grande", afirmó Julián Muñoz, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Texas en Austin y coautor de un artículo reciente publicado en . Cartas de revisión física que prueba cambios en el modelo cosmológico. El estudio concluye que no es necesario revisar el modelo cosmológico estándar. Sin embargo, es posible que los astrónomos tengan que revisar lo que saben sobre cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias.
La cosmología estudia el origen, evolución y estructura de nuestro universo, desde el Big Bang hasta nuestros días. El modelo de cosmología más ampliamente aceptado se llama modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) o "modelo cosmológico estándar". Aunque el modelo está muy bien informado, gran parte del universo primitivo sigue siendo teórico porque los astrónomos no pudieron observarlo por completo, en todo caso.
Lanzado en 1990, el Telescopio Espacial Hubble fue fundamental en el desarrollo y perfeccionamiento del modelo cosmológico estándar. Observa el universo en longitudes de onda de luz ultravioleta, visible y algunas del infrarrojo cercano. Sin embargo, esto lo hace ver mejor algunas cosas que otras. Por ejemplo, el Hubble está bien equipado para observar galaxias más pequeñas que a menudo contienen mayores poblaciones de estrellas jóvenes que emiten rayos ultravioleta y menos polvo que tiende a absorber longitudes de onda más cortas.
Lanzado a finales de 2021, JWST proporciona un complemento importante a las capacidades del Hubble. Al observar en longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio, JWST puede detectar objetos que son invisibles para el Hubble.
"Estamos abriendo una ventana a 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. Pequeñas variaciones en la densidad tuvieron un impacto trascendental en la futura estructura y evolución del universo. Las regiones con mayor densidad atrajeron más materia debido a la gravedad, lo que eventualmente llevó a la formación de estructuras cada vez más grandes.
En teoría, las galaxias ultramasivas observadas por JWST sólo serían posibles si se hubieran desarrollado más de estas regiones de mayor densidad inmediatamente después del Big Bang. Esto requeriría cambiar el modelo cosmológico estándar.
Muñoz y su equipo probaron esta hipótesis.
Eligieron un rango de tiempo cósmico para el cual están disponibles observaciones tanto del JWST como del Hubble. Dentro de este rango, identificaron las galaxias más masivas disponibles en los datos del JWST y calcularon la cantidad de cambio en la densidad inicial del universo que sería necesario para que se formaran.
También calcularon cuántas galaxias más pequeñas resultarían de este hipotético cambio. Estas galaxias más pequeñas adicionales habrían sido observadas por el Hubble.
"Pero eso no es lo que vemos", explicó Muñoz. "No se puede cambiar la cosmología lo suficiente como para explicar este problema de abundancia, dado que las observaciones del Hubble también se verían afectadas."
Entonces, ¿por qué el JWST encuentra tantas galaxias ultramasivas? Una posibilidad es que contengan agujeros negros supermasivos. Estos agujeros negros calentarían el gas cercano, haciendo que las galaxias parecieran más brillantes y, por tanto, más masivas de lo que realmente son. O es posible que las galaxias en realidad no estén en el universo primitivo, pero lo parecen porque el polvo hace que su color parezca más rojo de lo que sería de otra manera. Este cambio haría que las galaxias parecieran más lejanas de lo que están.
Además de Muñoz, los autores del estudio son Nashwan Sabti y Marc Kamionkowski de la Universidad Johns Hopkins.
Más información: Nashwan Sabti et al, Información del HST sobre galaxias ultramasivas y cosmología del universo temprano, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061002. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049
Información de la revista: Cartas de revisión física , arXiv
Proporcionado por la Universidad de Texas en Austin
