El telescopio espacial James Webb (JWST) está revolucionando nuestra comprensión del universo primitivo. Con un espejo más grande que el Hubble y la capacidad de observar profundamente en el infrarrojo, JWST nos brinda una vista detallada de ese período del universo cuando las galaxias recién comenzaban a formarse. Los resultados han sido sorprendentes, lo que ha llevado a algunos a argumentar que refutan el big bang. Pero el big bang sigue intacto, como muestra un estudio reciente.
El modelo estándar del big bang para la cosmología es el modelo LCDM, que es un universo impulsado a expandirse a través de la energía oscura (representada por Lambda en las ecuaciones) y lleno de materia oscura fría (CDM). Es el modelo más fuertemente respaldado por la evidencia observacional hasta el momento. Pero una de las cosas que LCDM parecía predecir era que las galaxias tempranas deberían ser pequeñas e irregulares, construyéndose a través de colisiones hasta las galaxias más grandes que vemos hoy. Esta predicción provino de simulaciones por computadora del universo primitivo.
Los datos iniciales de JWST parecían contradecir esta predicción. En particular, dos sondeos, el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) y el Cosmic Evolution Early Release Science Survey (SEERS) encontraron un puñado de galaxias con desplazamientos al rojo z superiores a 10. Estas galaxias se encuentran entre las galaxias más distantes jamás observadas. Están tan lejos que los vemos en un momento en que el universo tenía menos de 500 millones de años. Estas galaxias no solo son más grandes y están más desarrolladas de lo esperado, sino que también tienen una alta tasa de producción de estrellas.
Aquí es donde intervinieron los escépticos del big bang. Argumentaron que las galaxias están demasiado desarrolladas y demasiado activas para haberse formado en menos de quinientos millones de años, por lo que el big bang debe estar equivocado.
Pero en lugar de refutar el Big Bang, estos hallazgos muestran los desafíos de simular el universo primitivo. La clave de las simulaciones cosmológicas es poder modelarlo con gran detalle. Obviamente, no podemos simular todo, por lo que los modelos se enfocan en escalas particulares, como un cierto tamaño inicial de galaxias. Cuanto más detallada sea su simulación, más precisa puede ser, pero necesitará más poder de cómputo para ejecutarla.
Este estudio reciente analizó simulaciones de alta resolución llamadas Renaissance, que se ejecutan en la supercomputadora Blue Waters Sustained Petascale Computing en la Universidad de Illinois. Las simulaciones del Renacimiento pueden modelar galaxias en el universo temprano que van desde tan solo 10,000 masas solares hasta decenas de millones de masas solares. Es una de las simulaciones más detalladas disponibles actualmente.
El equipo observó seis galaxias de los sondeos JADES y SEERS que tenían corrimientos al rojo z > 10 y tasas de formación de estrellas bien medidas. Cuando compararon estas galaxias con el rango de galaxias producidas en las simulaciones del Renacimiento, encontraron que había un fuerte acuerdo. Las observaciones del JWST respaldan el modelo del big bang LCDM.
A medida que el JWST continúa recopilando datos, seguramente encontrará más sorpresas de observación. Y como muestra este estudio, se necesitarán simulaciones más detalladas para probar las observaciones. Así como JWST supera los límites de la observación cósmica, los astrofísicos deberán superar los límites de las simulaciones por computadora para mantenerse al día.
Referencia: McCaffrey, Joe, et al. “Sin tensión: galaxias JWST en z> 10 consistentes con simulaciones cosmológicas”. preimpresión de arXiv arXiv:2304.13755 (2023).
Con información de UniverseToday.com
