¿Cómo es posible que las galaxias jóvenes del universo primitivo tuvieran estrellas viejas? Ésa es la pregunta que un equipo de astrónomos se propuso responder utilizando el telescopio espacial James Webb como sonda. Descubrieron objetos masivos por primera vez en 2022 y todavía están trabajando para explicar qué son estos objetos.

El sensible telescopio infrarrojo James Webb se centró recientemente en tres de estos objetos. Curiosamente, se descubrió que emitían luz de estrellas que parecen misteriosamente antiguas. Se observaron las mismas galaxias tal como aparecieron unos 700 millones de años después del Big Bang. No se parecen en nada a las espirales y formas elípticas que vemos en el universo más “moderno”.

“Hemos confirmado que parecen estar llenos de estrellas antiguas (de cientos de millones de años) en un universo que tiene sólo entre 600 y 800 millones de años. Es un gran problema”, afirmó Bingyi Wang, investigador postdoctoral en la Universidad de Ohio. Penn State y autor principal de un artículo que describe el descubrimiento. Sorprendentemente, estos objetos tienen el récord de las firmas más antiguas de luz estelar antigua. “Fue completamente inesperado encontrar estrellas antiguas en un universo tan joven”. Los modelos estándar de cosmología y formación de galaxias han tenido un éxito increíble; sin embargo, estos objetos luminosos no encajan cómodamente en esas teorías.

Además de las estrellas antiguas, los datos del Telescopio Espacial James Webb también revelan la presencia de agujeros negros inesperadamente masivos en las galaxias. “Es muy desconcertante”, dijo Joel Leija, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State. “Puedes hacer que esto encaje incómodamente en nuestro modelo actual del universo, pero solo si evocamos algunas configuraciones extrañas y increíblemente rápidas al comienzo de los tiempos. Esta es, sin duda, la colección de cosas más extraña e interesante que he visto. He visto en mi carrera”.

¿Qué está pasando con galaxias y estrellas tan antiguas?

Dado que el telescopio James Webb puede ver fácilmente épocas muy tempranas del tiempo cósmico, estos resultados revelan cómo eran los objetos más antiguos. Estos resultados aún no explican cómo existen estrellas tan antiguas tan pronto después del nacimiento del universo. Si realmente tienen varios cientos de millones de años, esto significa que comenzaron a formarse muy temprano en el tiempo cósmico. Probablemente nació mucho antes de lo que piensan los astrónomos. Pero su formación está, por ahora, oculta a nuestra vista. Por tanto, es difícil saber exactamente cuándo comenzó el proceso de nacimiento de las estrellas.

Este es un desafío que las capacidades infrarrojas de James Webb deberían ayudar a explicar, especialmente ahora que los astrónomos las utilizan para explorar más profundamente los tiempos cósmicos más antiguos. Muestran objetos que emiten rayos no infrarrojos (UV) estirados por la expansión del universo hacia el infrarrojo. Esta luz llamada “antigua” fluye desde muchos objetos, incluidas estrellas, galaxias y núcleos activos de galaxias. Como señala Wang, no está claro qué partes de la luz emitida provienen de diferentes objetos. Pueden provenir de galaxias tempranas que parecen inesperadamente antiguas y más masivas que nuestra propia Vía Láctea. De ser así, se formaron mucho antes de lo que sospechaban los astrónomos. También es posible que la luz provenga de galaxias de masa más normal con agujeros negros “supermasivos”. Estos enormes monstruos podrían ser entre cien y mil veces más masivos que una galaxia de este tipo en el universo “moderno”.

“Es difícil distinguir entre la luz del material que cae en un agujero negro y la luz emitida por las estrellas en estos objetos pequeños y distantes”, dijo Wang. “No poder distinguir la diferencia en el conjunto de datos actual deja mucho espacio para la interpretación de estas cosas interesantes. Francamente, es emocionante que todavía tengamos mucho de este rompecabezas por descubrir”.

Más sobre esos enormes agujeros negros supermasivos que aparecieron temprana e inesperadamente

Si la luz detectada por el Telescopio Espacial James Webb proviene de regiones alrededor de agujeros negros supermasivos, hay que pensar por qué se estaban iluminando tan temprano en la historia. Dado que son luminosas en infrarrojos, esto significa que las emisiones originales fueron en luz ultravioleta. Brillante significa que hay mucha actividad para emitir luz. Esto significa que hay mucha más masa en el SMBH central de lo esperado. Según el coautor Joel Lyga, es desconcertante porque estos objetos no parecen encajar en los modelos existentes del universo primitivo.

“Los agujeros negros supermasivos suelen estar asociados con galaxias”, dijo. “Crecen juntos y pasan por todas sus principales experiencias de vida juntos. Pero aquí tenemos un agujero negro adulto completamente formado que vive dentro de lo que debería ser una galaxia bebé. Realmente no tiene sentido, porque estas cosas deberían crecer juntas. , o al menos eso es lo que pensábamos”.

¿Necesita más datos sobre estrellas antiguas y galaxias jóvenes?

Liga explicó que estas pequeñas galaxias no tienen más que unos pocos cientos de años luz de diámetro. Por el contrario, nuestra Vía Láctea tiene unos cien mil años luz (más o menos) de diámetro. Sin embargo, estas pequeñas galaxias contienen aproximadamente la misma cantidad de estrellas que la Vía Láctea: entre 10 mil millones y un billón de estrellas. “Estas primeras galaxias eran extremadamente densas en estrellas, estrellas que debieron haberse formado de una manera que nunca habíamos visto antes, en condiciones que nunca esperábamos durante un período en el que nunca esperábamos verlas”, dijo. “Por alguna razón, el universo dejó de producir cosas como ésta después de sólo unos pocos miles de millones de años. Es exclusivo del universo primitivo”.

Claramente, el JST necesitará hacer más para ayudar a explicar estos objetos anómalos en el universo naciente. En particular, los astrónomos querrán saber más sobre cómo aparecieron las estrellas antiguas en los primeros tiempos de la historia. Las observaciones futuras deberían proporcionar una visión espectroscópica más profunda y prolongada de todos estos objetos. Esto permitiría a los astrónomos distinguir entre la luz proveniente de estrellas y la luz proveniente de áreas alrededor de agujeros negros supermasivos. Cada uno de estos objetos tiene su propia “huella digital” luminosa que les dice a los astrónomos qué es. Las respuestas que obtengan les ayudarán a comprender no sólo la evolución de las estrellas primitivas y sus galaxias, sino también las preguntas persistentes que rodean los orígenes y el crecimiento de los agujeros negros masivos en las primeras etapas del tiempo cósmico.

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