Las primeras imágenes ofrecidas por el telescopio JWST (James Webb Space Telescope) hace ahora dos años produjeron una pequeña conmoción en el mundo de la cosmología: aparecían demasiadas galaxias grandes y brillantes en un momento demasiado cercano al Big Bang. Algunas de estas galaxias parecían haber crecido tanto y tan rápido que las simulaciones no podían explicarlas y algunos investigadores sugirieron que esto significaba que algo podría estar mal en el modelo estándar de la cosmología. ¿Y si habíamos hecho mal los números y había que retrasar la edad del universo?
A pesar de que no hay nada tan emocionante en ciencia como una observación que no cuadra con la teoría, esta vez las aguas parecen volver a su cauce y existe una explicación racional a esta anomalía. Según los resultados de un nuevo estudio publicado este lunes en la revista The Astrophysical Journal y dirigido por Katherine Chworowsky, de la Universidad de Texas en Austin, algunas de esas galaxias primitivas son mucho menos masivas de lo que parecían en un principio. Chworowsky encuentra el posible origen de la confusión: por un lado, los agujeros negros en algunas de estas galaxias las hacen parecer mucho más brillantes y grandes de lo que son en realidad. Por otro, las relaciones entre luz y masa del universo más joven podrían haber variado, por lo que las observaciones se seguirían ajustando al modelo cosmológico.
Uno de los aspectos que destaca el nuevo trabajo es que las galaxias que parecían demasiado masivas probablemente albergan agujeros negros que consumen gas rápidamente. La fricción en el gas que se mueve a gran velocidad emite calor y luz, lo que hace que estas galaxias sean mucho más brillantes de lo que serían si esa luz emanara solo de estrellas. Según los autores, esta luz adicional puede hacer que parezca que las galaxias contienen muchas más estrellas y, por lo tanto, más masa de lo que estimaríamos de otra manera. Cuando los científicos eliminan del análisis estas galaxias, apodadas “pequeños puntos rojos” (basándose en su color rojo y pequeño tamaño), las galaxias tempranas restantes no son demasiado masivas para encajar en las predicciones del modelo estándar.
Aún estamos viendo más galaxias de las predichas, aunque ninguna de ellas es tan masiva como para romper el universo
“Aún estamos viendo más galaxias de las predichas, aunque ninguna de ellas es tan masiva como para romper el universo”, explica Chworowsky. “En definitiva, no hay ninguna crisis en términos del modelo estándar de la cosmología”, añade Steven Finkelstein, coautor del estudio y director del estudio CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) del telescopio JWST del que se obtienen los datos. “Siempre que se tiene una teoría que ha resistido la prueba del tiempo durante tantos años, se necesitan pruebas abrumadoras para descartarla. Y ese simplemente no es el caso”, señala.
Demasiadas galaxias masivas
Aunque resolvieron el problema principal, queda uno menos espinoso: en los datos del JWST sobre el universo primitivo todavía hay aproximadamente el doble de galaxias masivas de las que se esperaban a partir del modelo estándar. Una posible razón podría ser que las estrellas se formaban más rápidamente en el universo primitivo que en la actualidad. “Tal vez en el universo primitivo las galaxias eran mejores a la hora de convertir el gas en estrellas”, argumenta Chworowsky.
La formación de estrellas se produce cuando el gas caliente se enfría lo suficiente como para sucumbir a la gravedad y condensarse en una o más estrellas. Pero a medida que el gas se contrae, se calienta, generando presión hacia el exterior. En nuestra región del universo, el equilibrio de estas fuerzas opuestas tiende a hacer que el proceso de formación de estrellas sea muy lento. Pero tal vez, según algunas teorías, debido a que el universo primitivo era más denso que hoy, era más difícil expulsar el gas durante la formación de estrellas, lo que permitía que el proceso fuera más rápido.
Un misterio con flecos no resueltos
Para el astrofísico Héctor Vives, investigador de CEFCA (Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón) que no ha participado en el estudio, parece que esas galaxias estaban sesgando las observaciones hacia masas más altas, y ajustar los parámetros de formación estelar sirve para explicarlos resultados más extremos. “La luz del disco de acreción del agujero negro supermasivo puede dominar el brillo de la galaxia, y hacer difícil calcular cuántas estrellas hay y por tanto su masa”, explica. “En este estudio excluyen los casos donde esto ocurre, y ven que aunque parece haber galaxias más brillantes de lo esperado en el universo temprano, son consistentes con nuestros modelos tras pequeños ajustes”.
Sara Cazzoli, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), cree que los resultados del artículo no resuelven el misterio de la evolución de las galaxias en el universo en sus primeras etapas. “Sin embargo, sienta las bases para futuros estudios con muestras más grandes”, asegura. “Esos deben ser acompañados de la información crítica determinada por datos espectroscópicos sobre las poblaciones estelares, por ejemplo”. A su juicio, los resultados se podrán usar para mejorar las simulaciones del universo primigenio, aún muy desconocido. “Es interesante cómo el conocimiento de la poblaciones de estos 'puntos rojos' está creciendo rápidamente con los últimos resultados del análisis de datos de JWST”, destaca.
“Lo que este estudio deja en claro es la dificultad que hay para hacer una interpretación simple de datos de galaxias que están muy lejanas y de las que no tenemos información suficientemente precisa”, asegura Isabel Márquez, astrofísica del Instituto Astrofísico de Andalucía (IAA-CSIC). “De hecho, aunque siguen viendo más galaxias masivas que las que indica el modelo, haciendo algunos ajustes sí cuadra con los modelos”. Esto vendría de suponer que la relación entre la materia bariónica (los átomos que componen el universo visible) y la materia oscura era diferente en el universo más joven, explica la especialista, o de una posibilidad aún más sencilla, que la transformación entre la masa y la luz fuera diferente.
“Hoy día, conocemos bien en nuestro universo cuánta masa corresponde a cada tipo de estrella, con esos datos y la cantidad de luz puedes calcular la masa. Lo que dicen estos investigadores es que puede ser que la transformación entre la luz y la masa para los diferentes tipos de estrellas funcionara de forma distinta el universo más joven”. Todo esto se podría resolver si tuviéramos alguna forma de captar estas galaxias primitivas y distantes aún con más resolución, lo que permitiría analizar el espectro y resolver el enigma, resume. “Pero no tienen suficiente luz, porque son galaxias débiles. Habría que medir su luz en varias longitudes de onda y eso aún no es posible, pero me imagino que es lo que está por venir en el futuro con los grandes telescopios espaciales”, concluye.