Unos «Monstruos Rojos» desafían lo que sabemos del universo temprano
Astrónomos descubren tres misteriosas galaxias ultramasivas, que han bautizado Monstruos Rojos y que surgieron a una velocidad inesperada en los primeros mil millones de años después del big bang.
Por Enrique Coperías
Estos tres Monstruos Rojos representan los hallazgos centrales de este trabajo: estas galaxias extremadamente masivas y polvorientas en los primeros mil millones de años después del big bang indican que el universo temprano está formando estrellas de manera más eficiente de lo esperado. Crédito: NASA/CSA/ESA, M. Xiao & P. A. Oesch (University of Geneva), G. Brammer (Niels Bohr Institute), Dawn JWST Archive
Un equipo internacional dirigido por la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, y en el que participa el profesor Stijn Wuyts, de la Universidad de Bath (Reino Unido), ha identificado tres galaxias ultramasivas —cada una de ellas casi tan masiva como la Vía Láctea— que ya se habían formado en los primeros mil millones de años posteriores al big bang.
Los resultados de los investigadores indican que la formación de estrellas en el universo primitivo fue mucho más eficiente de lo que se pensaba, lo que desafía los modelos existentes de formación de galaxias.
El sorprendente descubrimiento, que recoge la revista Nature, fue realizado por el James Webb (JWST) como parte del programa FRESCO de este telescopio espacial.
Tres galaxias sobresalientes
El programa se propuso analizar sistemáticamente una muestra completa de galaxias con líneas de emisión (ELG) en los primeros mil millones de años de historia cósmica. Las ELG presentan fuertes líneas de emisión en sus espectros —un espectro es la gama de diferentes longitudes de onda de la luz emitida—. Estas líneas de emisión aparecen como líneas brillantes en longitudes de onda específicas, destacando sobre el fondo más oscuro del espectro.
La presencia de líneas de emisión permitió al equipo determinar con precisión las distancias a las galaxias de la muestra. A su vez, el conocimiento preciso de las distancias y la intensidad de las líneas de emisión hizo posible medir con fiabilidad la cantidad de estrellas que contenían las galaxias. Tres de ellas destacaban por su gran contenido estelar.
«Encontrar tres bestias tan masivas en la muestra plantea un rompecabezas tentador —explica el profesor Wuyts, coautor del estudio de Nature y catedrático de Astronomía Extragaláctica del Departamento de Física de la Universidad de Bath. Y añade—: Muchos procesos en la evolución de las galaxias tienden a introducir un paso que limita la eficiencia con la que el gas puede convertirse en estrellas, pero de algún modo estos monstruos rojos parecen haber sorteado rápidamente la mayoría de estos obstáculos».
Galaxias que crecen a gran velocidad
Hasta ahora se creía que todas las galaxias se formaban gradualmente dentro de grandes halos de materia oscura. Los halos de materia oscura capturan gas (átomos y moléculas) en estructuras ligadas gravitatoriamente. Normalmente, el 20% de este gas, como máximo, se convierte en estrellas en las galaxias.
Sin embargo, los nuevos hallazgos desafían esta visión, y revela que las galaxias masivas del universo primitivo pueden haber crecido mucho más rápida y eficientemente de lo que se pensaba.
Los detalles del estudio FRESCO se obtuvieron mediante espectroscopia sin rendija con la cámara de infrarrojocercano del James Webb, un método de exploración que permite captar la luz y descomponerla en sus longitudes de onda constituyentes para todos los objetos de un campo de visión. Esto lo convierte en un método excelente para medir con precisión las distancias y las características físicas de las galaxias.
El bautizo de los tres Monstruos Rojos
Las capacidades sin parangón del James Webb han permitido a los astrónomos estudiar sistemáticamente galaxias del cosmos muy lejano y primitivo, proporcionando información sobre galaxias masivas y oscurecidas por el polvo. Al analizar las galaxias incluidas en el sondeo FRESCO, los científicos descubrieron que la mayoría de las galaxias se ajustaban a los modelos existentes. Sin embargo, también descubrieron tres galaxias sorprendentemente masivas, con masas estelares comparables a las de la Vía Láctea actual.
Estas galaxias forman estrellas casi con el doble de eficacia que las galaxias de menor masa de la misma época o que las galaxias ordinarias de épocas posteriores de la historia cósmica. Debido a su alto contenido en polvo, que confiere a estas tres galaxias masivas un marcado aspecto rojizo en las imágenes del James Webb, han sido bautizadas como los tres Monstruos Rojos.
«Nuestros hallazgos están remodelando nuestra comprensión de la formación de galaxias en el universo temprano», dice Mengyuan Xiao, autor principal del nuevo estudio e investigador postdoctoral en UNIGE.
Galaxias ópticamente invisibles
En palabras de David Elbaz, director de investigación del CEA Paris-Saclay y colaborador en este proyecto, «las propiedades masivas de estos Monstruos Rojos apenas se determinaron antes del James Webb, ya que son ópticamente invisibles debido a la atenuación del polvo».
«Nuestros hallazgos ponen de relieve la notable potencia de la espectroscopia NIRCam/grism —comenta Pascal Oesch, profesor del Departamento de Astronomía de la UNIGE e investigador principal del programa de observación. Y añade—: El instrumento a bordo del telescopio espacial nos permite identificar y estudiar el crecimiento de las galaxias a lo largo del tiempo, y obtener una imagen más clara de cómo se acumula la masa estelar a lo largo de la historia cósmica».
Aunque estos hallazgos no entran en conflicto con el modelo cosmológico estándar, plantean interrogantes para las teorías de formación de galaxias, concretamente la cuestión de las galaxias «demasiado numerosas y demasiado masivas» en el universo primitivo.
Una nueva era en nuestra exploración del cosmos primitivo
Es posible que los modelos actuales deban considerar procesos únicos que permitieron a ciertas galaxias masivas tempranas lograr una formación estelar tan eficiente y, por tanto, formarse muy rápidamente, muy temprano en el universo. Futuras observaciones con el James Webb y el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter Array) proporcionarán más información sobre estos monstruos rojos ultramasivos y revelarán muestras más amplias de este tipo de fuentes.
Para Xiao, «estos resultados indican que las galaxias del universo primitivo podían formar estrellas con una eficacia inesperada. A medida que profundicemos en el estudio de estas galaxias, nos ofrecerán nuevas perspectivas sobre las condiciones que dieron forma a las primeras épocas del cosmos». Y añade—: Los Monstruos Rojos son solo el comienzo de una nueva era en nuestra exploración del universo primitivo».
«Eso es lo bueno de la astronomía, que constantemente nos sorprenden nuevos descubrimientos». Ya en sus primeros años de funcionamiento, el James Webb nos ha lanzado un par de bolas curvas —explica Wuyts. Y concluye—: En más de un sentido, nos ha mostrado que algunas galaxias maduran rápidamente durante los primeros capítulos de la historia cósmica».▪️
Información facilitada por la Universidad de Bath
Fuente: Xiao, M., Oesch, P.A., Elbaz, D. et al. Accelerated formation of ultra-massive galaxies in the first billion years. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08094-5
