El mensaje de Erica dice: «Mira esto». Reflexiona sobre las primeras fotos del nuevo look. Telescopio espacial James Webb (JWST).
Es julio de 2022, apenas una semana después de que se publicaran esas primeras imágenes del Revolutionary Ultra Telescope. Veinticinco años en desarrollo, de cien a mil veces más poderoso que cualquier telescopio anterior, uno de los experimentos científicos más grandes y ambiciosos en la historia humana: es difícil no decir superlativos, y todo es cierto.
El telescopio tardó décadas en construirse, porque tuvo que ser plegable para caber en la parte superior de un cohete y enviarlo al frío del espacio, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Aquí, lejos del brillo térmico de la Tierra, el JWST puede detectar la luz infrarroja más tenue del universo distante.
No sabía que entre las imágenes había un pequeño punto rojo que cambiaría nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias después del Big Bang. Después de meses de análisis, solo somos mis colegas y yo Publicar nuestros resultados en la revista Nature.
Caza nuevas especies de galaxias
Erica y yo estamos buscando nuevos tipos de galaxias. Galaxias perdidas por el poderoso telescopio espacial Hubble, incluso décadas después de que inspeccionara los cielos.
Ella y yo hace 15 años. Nos conocimos cuando ella era estudiante de primer año en una universidad de artes liberales en California y yo era un estudiante de doctorado recién salido de la universidad, que recién comenzaba mi primer trabajo como investigador en Los Ángeles. JWST era solo un rumor lejano.
De alguna manera, después de tantos años, nuestros caminos se han vuelto a cruzar, y ahora la profesora asistente Erica Nelson de la Universidad de Colorado y yo nos encontramos en la punta de lanza y atacamos los primeros datos de un JWST muy real.
«OVNIs», llama a las nuevas galaxias, y puedo leer una sonrisa gigante entre líneas: «Objetos planos ultra-rojos»Porque todos parecen platillos voladores. En las imágenes en color, aparecen muy rojas porque toda la luz sale en infrarrojo, mientras que las galaxias son invisibles en longitudes de onda que los humanos pueden ver.
El infrarrojo es el superpoder del JWST, que le permite espiar galaxias más distantes. La luz ultravioleta y visible de las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang se estira por la expansión del universo a medida que viaja hacia nosotros, por lo que cuando la luz nos alcanza, la vemos como luz infrarroja.
Galaxias masivas imposiblemente tempranas
Todas las galaxias de Erica parecen platillos, excepto una. Miro el pequeño punto rojo en la pantalla. Esto no es un OVNI. Entonces me doy cuenta: esto es algo completamente diferente. más importante.
Ejecuté un software de análisis en el pequeño pinchazo y escupió dos números: distancia 13,100 millones de años luz, masa 100,000 millones de estrellas, y casi escupo mi café. Acabamos de descubrir lo imposible. Galaxias masivas imposiblemente tempranas.
A esta distancia, la luz tardó 13.000 millones de años en llegar hasta nosotros, por lo que estamos viendo galaxias en una época en la que el universo tenía solo 700 millones de años, apenas el 5% de su edad actual de 13.800 millones de años. Si esto es cierto, entonces esta galaxia podría haber formado tantas estrellas como nuestra Vía Láctea actual. en tiempo récord.
Y donde hay uno, hay más. Un día después encontré seis.
¿El eslabón perdido de la astronomía?
¿Podemos descubrir el eslabón perdido en astronomía? Ha habido un misterio de larga data en la formación de galaxias. Cuando miramos hacia el espacio y retrocedemos en el tiempo, vemos «cadáveres» de galaxias maduras completamente formados que aparecen aparentemente de la nada alrededor de 1.500 millones de años después del Big Bang.
Estas galaxias han dejado de formar estrellas. Galaxias muertas, las llamamos, y algunos astrónomos están obsesionados con ellas. Las edades estelares de estas galaxias muertas indican que debieron formarse temprano en el universo, pero el Hubble no ha podido determinar las etapas de su vida temprana.
Las primeras galaxias muertas son criaturas realmente extrañas, con tantas estrellas como la Vía Láctea, pero con un tamaño 30 veces más pequeño. Imagina un adulto que pesa 100 kg, pero mide 6 cm de alto. Nuestros pequeños puntos rojos son igual de raros. Parecen pequeñas copias de las mismas galaxias, también pesan 100 kilogramos, 6 centímetros de alto.
Demasiadas estrellas, demasiado temprano
Sin embargo, hay un problema. Estos pequeños puntos rojos tienen demasiadas estrellas, demasiado temprano. Las estrellas están hechas de gas hidrógeno, y la teoría cosmológica básica («el Big Bang») hace predicciones difíciles sobre cuánto gas está disponible para formar estrellas.
Para producir estas galaxias tan rápido, necesitarías convertir casi todo el gas del universo en estrellas con una eficiencia de casi el 100%. Y esto es muy difícil, que es el término científico para la palabra imposible. Este descubrimiento podría cambiar nuestra comprensión de cómo se formaron las galaxias más antiguas del universo.
La implicación es que hay un canal diferente, una vía rápida, que está produciendo galaxias monstruosas muy rápidamente y de manera muy eficiente. Vía rápida al 1% superior.
En cierto modo, cada uno de estos candidatos puede ser considerado un «cisne negro». La confirmación de incluso uno descartaría nuestro modelo actual de formación de galaxias de «todos los cisnes blancos», en el que todas las galaxias tempranas crecen lenta y gradualmente.
Comprobación de huellas dactilares
El primer paso para resolver este rompecabezas es confirmar las distancias usando espectroscopia, donde ponemos la luz de cada una de estas galaxias a través de un prisma, dividiéndola en una huella dactilar similar a un arco iris. Esto nos dirá la distancia con una precisión del 0,1%.
También nos dirá qué produce la luz, si son estrellas u otra cosa más exótica.
Por casualidad, hace aproximadamente un mes, el JWST apuntó a una de las seis galaxias masivas candidatas y resultó ser un cuásar pequeño y distante. Un cuásar es un fenómeno que ocurre cuando el gas cae en un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia y comienza a brillar intensamente.
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Por un lado, esto es realmente emocionante, porque el origen de los agujeros negros supermasivos en las galaxias tampoco se conoce bien, y encontrar pequeños cuásares puede ser solo la clave. Por otro lado, los cuásares pueden superar a toda su galaxia anfitriona, por lo que es imposible saber cuántas estrellas hay y si la galaxia es realmente masiva.
¿Podría ser esta la respuesta para todos ellos? ¿Pequeños cuásares por todas partes? Probablemente no, pero llevará otro año explorar las galaxias restantes y averiguarlo.
Un cisne negro caído, quedan cinco.
Laboratorio EvoARC Future Fellow/Profesor Asociado, Universidad Tecnológica de Swinburne
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