El poder sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb le permite mirar más atrás en el espacio y el tiempo que nunca y, al hacerlo, está revelando algunas galaxias desconcertantes que parecen demasiado avanzadas para su edad. Ahora, los astrónomos han encontrado una nueva explicación para ellas: las galaxias con "estallido estelar", que no se aplica al modelo estándar de cosmología.
La visión de un artista de las galaxias con "estallido estelar" en el universo primitivo/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA+IT-RCD
Viajar por el espacio es viajar por el tiempo. Por ejemplo, si los astrónomos miran una estrella a 100 años luz de distancia, la ven como era hace 100 años porque su luz tardó ese tiempo en llegar hasta nosotros. Entonces, cuando lo extiendes hasta el borde mismo del universo observable, puedes realmente mirar hacia el pasado hace más de 12 mil millones de años, un período conocido como el "amanecer cósmico", cuando las primeras estrellas se encendieron y formaron las primeras galaxias.
El Telescopio James Webb fue el primer telescopio lo suficientemente potente como para ver tan lejos en el espacio y el tiempo. Los astrónomos esperaban ver "protogalaxias" que aún se estaban formando, pero para su sorpresa, las galaxias descubiertas por el telescopio parecían bastante avanzadas y maduras, similares a las galaxias actuales. Y no sólo uno o dos casos atípicos, sino docenas. Esto no sólo es extraño, sino que tiene el potencial de alterar toda nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias, e incluso puede poner en duda el propio modelo estándar de cosmología.
Entonces, en el nuevo estudio, un equipo de astrofísicos dirigido por la Universidad Northwestern utilizó poderosas simulaciones por computadora para investigar otras ideas. En el proceso, descubrieron la posibilidad de producir una señal que coincidiera con las observaciones de James Webb.
La forma más sencilla de estimar la masa y el tamaño de una galaxia, especialmente desde grandes distancias, es observar su brillo, que es lo que hizo Webb con las primeras galaxias descubiertas. Pero las simulaciones del equipo muestran que las galaxias en los albores del universo podían alcanzar los mismos niveles de brillo con masas mucho más bajas; todo lo que tenían que hacer era pasar por un período de rápida formación estelar, que es exactamente lo que hicieron las galaxias simuladas.
Sun Guochao, autor principal del estudio, dijo: "La clave es reproducir una cantidad suficiente de luz en un sistema en poco tiempo. Esto sucede porque el sistema es muy masivo o porque tiene la capacidad de producir grandes cantidades de luz rápidamente. En el último caso, el sistema no necesita tanta masa. Si la formación de estrellas se produce en una explosión, emitirá un destello. Por eso vemos varias galaxias muy brillantes".
Las galaxias modernas como la Vía Láctea tienden a mostrar una formación estelar constante a lo largo del tiempo, pero las simulaciones sugieren que las galaxias tempranas de menor masa tienen más probabilidades de pasar por una fase de "estallido estelar", seguida de un período relativamente tranquilo hasta que estas estrellas más viejas mueren y alimentan la formación de la próxima generación de estrellas en otro período de estallido estelar.
"La mayor parte de la luz de una galaxia proviene de las estrellas más masivas", afirma Claude-André Faucher-Giguère, autor principal del estudio. "Debido a que las estrellas más masivas se queman más rápido, viven vidas más cortas. Consumen rápidamente su combustible en reacciones nucleares. Por lo tanto, el brillo de una galaxia está más directamente relacionado con el número de estrellas que se ha formado en los últimos millones de años que con la masa de toda la galaxia".
Por supuesto, el hecho de que una simulación sea posible no significa que así sea como sucede en el universo real. Utilizando otras técnicas para medir las masas de estas galaxias, las observaciones de seguimiento realizadas desde el telescopio Webb podrían ayudar a confirmar la hipótesis del estallido estelar y aportar alivio al modelo estándar de cosmología. Después de todo, ¿cómo podría la formación de estallidos estelares explicar la aparición de otras estructuras de orden superior, como las galaxias barradas, antes de lo que deberían?
La investigación fue publicada en Astrophysical Journal Letters.