Las galaxias que no deberían existir

Tal vez hayas escuchado que el telescopio Webb ha detectado un grupo de galaxias que no debería existir. ¿Qué hay de cierto en todo esto? ¿A qué se refieren los científicos cuando dicen eso de «no debería existir? Por fin he sacado un ratito para leer sobre el hallazgo del nuevo telescopio espacial, he leído las conclusiones del artículo publicado en Nature (Labbé, 2023) y a continuación me dispongo a contárselo a ustedes.

Tras analizar una serie de imágenes captadas con el telescopio espacial Webb, han aparecido una serie de objetos que han desconcertado a los científicos. Han sido identificados como galaxias debido a su morfología, aunque se deben analizar mucho más en profundidad con el fin de confirmar o descartar su naturaleza. Aunque es cierto que la certidumbre de los científicos que han tratado los datos es muy alta.

Se trataría de seis galaxias que aparecieron muy pronto en la historia del universo. Demasiado pronto de hecho porque son unas cien veces más masivas de lo que deberían ser y resultan incompatibles según las teorías cosmológicas actuales. Ivo Labbé, de la Universidad Tecnológica de Swinburne (Australia) y autor principal del artículo explica que «al sumar las estrellas de esas galaxias, se superaría la cantidad total de masa disponible en el universo en ese momento». Desconcertante, ¿verdad?

¿De dónde proceden estas galaxias que no deberían existir?

Estas posibles galaxias ya existirían cuando el universo tenía entre 500 y 700 millones de años. Dicho de otro modo, se habrían formado hace más de 13.000 millones de años. Aunque lo que realmente descoloca a los científicos es su tamaño. ¿Cómo una galaxia tan antigua puede contener casi tantas estrellas como la Vía Láctea en estos momentos? Hablamos de unos 300.000 millones de estrellas. Erica Nelson, profesora adjunta de Astrofísica en la Universidad de Colorado y coautora del artículo afirma que «es una locura, no te esperas que el universo primitivo fuera capaz de organizarse tan rápidamente».

De hecho, la más grande de estas seis galaxias es un verdadero monstruo. Se estima que su tamaño es incluso diez veces el de la Vía Láctea. Una hipótesis que se le ocurrió a los científicos que estaban analizando las fotos era que se tratase de un efecto de lente gravitatoria y que los objetos estuviesen magnificados por ese motivo. Estudiaron esa posibilidad, siendo descartada ya que al investigar más sobre la imagen vieron que no había cuerpos en primer plano que provocasen ese efecto de lente. A partir de ese momento se generaron más preguntas que respuestas.

Otra de las alternativas a la naturaleza galáctica de estos objetos podría ser que se tratara de agujeros negros supermasivos oscurecidos. De este modo, las regiones luminosas de la imagen podrían ser en realidad gas y polvo. Aunque es cierto que el desarrollo de estos agujeros negros supermasivos en épocas tan tempranas no se comprende aún demasiado bien. De tratarse de esto no se tendría que reescribir el modelo estándar del universo, pero de confirmarse que efectivamente son galaxias masivas, entonces el modelo estándar tendrá que ser reescrito.

No es la primera vez, pero no tan grandes

Es cierto que el Webb ya ha observado galaxias formadas en esa época, unos 350 millones de años tras el Big Bang (Naidu, 2022). Sin embargo, resultan diminutas en comparación con este último hallazgo. Porque, ¿cómo de sencillo es construir una galaxia? El grupo de galaxias detectado por Naidu y su equipo, publicadas en noviembre de 2022, eran coherentes con su época. A pesar de haberse formado 350 millones de años tras el Big Bang, eran galaxias pequeñas y desorganizadas, como un amasijo de gas y apenas unos millones de estrellas. Eso es lo que se pensaba hasta la publicación de Labbé a finales de febrero de 2023. «La revelación de que la formación de galaxias masivas comenzó tan temprano pone patas arriba lo que pensábamos», afirma Joel Leja, astrofísico del Penn State y coautor del artículo.

Para poner cifras, en la Vía Láctea actualmente se forman dos estrellas al año como mucho. En estas galaxias recién descubiertas, para llegar a esa tasa de estrellas en ese período de tiempo debieron de formarse cientos de estrellas cada año durante cientos de millones de años.

¿De dónde procede el hallazgo?

Este hallazgo se ha realizado a partir del sondeo CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) del telescopio Webb que se llevó a cabo durante el pasado verano. Se ha analizado una zona pobre en objetos —a priori— según lo observado por el telescopio Hubble en el espectro visible durante la década de 1990. Sin embargo la cosa cambió al ser observada por los potentes ojos infrarrojos del Webb. En la pantalla del ordenador había una región no más grande la yema de un dedo. Fue precisamente Nelson quien observó unos puntos borrosos de color rojizo aunque demasiado brillantes. Por su forma descartaron estrellas individuales o supernovas. A lo que más se parecían era a galaxias. Enormes galaxias. Al analizar el corrimiento al rojo o «z» vieron que esa luz procedía de hace unos 13.300 millones de años. ¿Grandes galaxias en esa época? El desconcierto estaba asegurado.

Ese tipo de luz en imágenes del Webb suele proceder de objetos tremendamente antiguos. Entonces, analizando el efecto Doppler de la luz, cuando más antiguos son, más rápido se alejan de nosotros. Por lo tanto vemos su luz «muy estirada», es decir, sus longitudes de onda aparentes se alargan, tendiendo al infrarrojo. Por contra, los que se acercan los vemos más azulados porque sus frentes de onda «se comprimen», provocando una emisión de luz más energética, es decir, con tendencia al ultravioleta.

Las consecuencias que se derivan del hallazgo

Una de las consecuencias de este hallazgo, de corresponderse realmente con galaxias formadas en aquella época tan temprana del universo, es que los elementos más allá del hidrógeno y el helio eran mucho más abundantes de lo que se pensaba inicialmente ya que son necesarios para formar estos objetos tan masivos.

Así que, aunque sólo una de las seis galaxias sea real, estaríamos ante un gran hallazgo, algo que haría que se reescriba la historia del universo tal y como la conocemos. Por ejemplo implicaría que la «época oscura» del universo pudo no haber sido tan oscura ya que podría haber habido una actividad de formación estelar mucho mayor de la esperada. Para confirmarlo, habrá que volver a dirigirse a esa región del cielo, esta vez con el instrumento NIRSpec, para confirmar o descartar la naturaleza galáctica de estos objetos. En un año, se sabrá mucho más de esto.

Artículos científicos relacionados

Labbé, I., van Dokkum, P., Nelson, E. et al (2023). A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang. Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-05786-2 (Ver).

Naidu, R. et al (2022). Two Remarkably Luminous Galaxy Candidates at z ≈ 10–12 Revealed by JWST. Astrophysical Journal Letters, 940 – L14. DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b22 (Ver) (PDF).

Referencias

• The Webb Telescope Spots Six Galaxies That Shouldn’t Exist. Time (Ver).
• Webb Telescope Finds Evidence of Massive Galaxies That Defy Theories of the Early Universe. Smithsonian Magazine (Ver).
• The James Webb telescope found six galaxies that may be too hefty for their age. ScienceNews (Ver).
• ‘We just discovered the impossible’: how giant baby galaxies are shaking up our understanding of the early Universe. Swinbourne University of Technology News (Ver).