Fotomontaje de imágenes tomadas por el Telescopio Espacial James Webb. Los tres “monstruos rojos” representan galaxias extremadamente masivas y polvorientas en los primeros mil millones de años después del Big Bang, lo que indica que el Universo formó estrellas de manera más eficiente de lo esperado.
NASA/CSA/ESA, M. Xiao y PA Oesch (Universidad de Ginebra), G. Brammer (Instituto Niels Bohr), Archivo Dawn JWST
Según el modelo teórico preferido por los científicos, las galaxias se forman gradualmente dentro de vastos halos de materia oscura. Estos capturan el gas (átomos y moléculas) para formar estructuras unidas por gravitación. Normalmente, sólo el 20% de este gas se convierte en estrellas en las galaxias.
Sin embargo, nuevos hallazgos de un equipo internacional dirigido por la Universidad de Ginebra (UNIGE) y que utiliza el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA desafían esta teoría. Publicados en Nature, revelan que las galaxias masivas del Universo temprano pueden haber sido mucho más eficientes en la formación de estrellas que sus contrapartes posteriores, y que crecieron mucho más rápido de lo que se pensaba hasta ahora.
Rojo por su contenido de polvo.
Las capacidades incomparables del JWST han permitido a los astrónomos estudiar galaxias en el Universo muy distante y, por lo tanto, joven, y obtener información sobre galaxias masivas y galaxias oscurecidas por el polvo. Al analizar las galaxias del estudio FRESCO, los científicos descubrieron que la mayoría de las fuentes son consistentes con los modelos teóricos existentes.
Sin embargo, también descubrieron tres galaxias sorprendentemente masivas, cuya masa estelar es comparable a la de la Vía Láctea actual. Estas galaxias forman estrellas con casi el doble de eficacia que sus homólogas de menor masa y las galaxias más antiguas. Debido a su alto contenido de polvo, que les da una apariencia roja distintiva en las imágenes del JWST, se les ha denominado los tres “monstruos rojos”.
“Nuestros resultados redefinen nuestra comprensión de la formación de galaxias en el Universo joven”, afirma Mengyuan Xiao, autor principal del nuevo estudio e investigador postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE. David Elbaz, director de investigación del CEA Paris-Saclay, añade: “Las propiedades masivas de estos ‘monstruos rojos’ apenas se habían determinado antes del JWST, porque son ópticamente invisibles debido a la atenuación del polvo”.
El equipo internacional desarrolló un nuevo programa con JWST para analizar sistemáticamente una muestra completa de galaxias con líneas de emisión en los primeros mil millones de años de la historia cósmica. Este enfoque permitió al equipo obtener estimaciones de distancia precisas y mediciones confiables de la masa estelar para toda la muestra de galaxias.
“El instrumento a bordo del telescopio espacial, la espectroscopia NIRCam/grism, nos permite identificar y estudiar el crecimiento de las galaxias a lo largo del tiempo, y obtener una imagen más clara de cómo se acumula la masa estelar a lo largo de la historia cósmica”, explica Pascal Oesch, asociado Profesor del Departamento de Astronomía de la UNIGE, investigador principal de este programa de observación.
Eficiencia inesperada
Aunque estos resultados no contradicen el modelo cosmológico estándar, plantean nuevas preguntas para las teorías de la formación de galaxias, en particular el problema de “demasiadas y demasiado masivas” galaxias en el Universo temprano. Es posible que los modelos actuales deban tener en cuenta los procesos únicos que permitieron a algunas galaxias masivas tempranas lograr una formación estelar tan eficiente y, por lo tanto, formarse muy rápidamente, muy temprano en el Universo.
Las observaciones futuras del JWST y el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ayudarán a aprender más sobre estos “monstruos rojos” ultramasivos y revelarán muestras más grandes de estas fuentes. “Estos resultados indican que las galaxias del Universo temprano fueron capaces de formar estrellas con una eficiencia inesperada. Cuando estudiemos estas galaxias con más profundidad, ofrecerán nuevos conocimientos sobre las condiciones que dieron forma a las primeras épocas del Universo. Los monstruos rojos son sólo el comienzo de una nueva era en nuestra exploración del Universo primitivo”, concluye el Dr. Mengyuan Xiao.
