Los primeros resultados del Telescopio Espacial James Webb han insinuado galaxias tan tempranas y tan masivas que están en tensión con nuestra comprensión de la formación de estructuras en el universo. Se han propuesto varias explicaciones que pueden aliviar esta tensión. Pero ahora, un nuevo estudio del Cosmic Dawn Center sugiere un efecto que nunca antes se había estudiado en épocas tan tempranas, lo que indica que las galaxias pueden ser incluso más masivas.
Si ha estado siguiendo los primeros resultados del telescopio espacial James Webb, probablemente haya oído hablar del problema principal con las observaciones de las primeras galaxias: son demasiado grandes.
Desde unos días después de la publicación de las primeras imágenes, y repetidamente a lo largo de los meses siguientes, aparecieron nuevos informes de galaxias cada vez más distantes. Inquietantemente, varias de las galaxias parecían ser “demasiado masivas”.
Según nuestro modelo de concordancia actualmente aceptado de la estructura y evolución del universo, el llamado modelo ΛCDM, simplemente no deberían haber tenido tiempo para formar tantas estrellas.
Aunque ΛCDM no es un santo grial indestructible, hay muchas razones para esperar que afirmen un cambio de paradigma: las épocas medidas en las que vemos las galaxias podrían estar subestimadas.
Sus masas estelares podrían estar sobreestimadas. O simplemente podríamos haber tenido suerte y de alguna manera haber descubierto la más masiva de las galaxias en ese momento.
Una mirada más cercana
Pero ahora Clara Giménez Arteaga, Ph.D. estudiante del Cosmic Dawn Center, propone un efecto que podría aumentar aún más la tensión.
En esencia, la masa estelar de una galaxia se estima midiendo la cantidad de luz emitida por la galaxia y calculando cuántas estrellas se necesitan para emitir esta cantidad. El enfoque habitual es considerar la luz combinada de toda la galaxia.
Sin embargo, al observar más de cerca una muestra de cinco galaxias, observada con James Webb, Giménez Arteaga descubrió que si la galaxia no se considera como una gran masa de estrellas, sino como una entidad formada por múltiples cúmulos, surge una imagen diferente.
“Usamos el procedimiento estándar para calcular las masas estelares a partir de las imágenes que ha tomado James Webb, pero píxel por píxel en lugar de mirar toda la galaxia”, dice Giménez Arteaga.
“En principio, uno podría esperar que los resultados fueran los mismos: sumar la luz de todos los píxeles y encontrar la masa estelar total, en lugar de calcular la masa de cada píxel y sumar todas las masas estelares individuales. Pero no es así”.
De hecho, las masas estelares inferidas ahora resultaron ser hasta diez veces mayores.
La siguiente figura muestra las cinco galaxias con sus masas estelares determinadas por ambos sentidos. Si los dos enfoques diferentes estuvieran de acuerdo, todas las galaxias se encontrarían a lo largo de la línea inclinada denominada “Lo mismo”. Pero todos se encuentran por encima de esta línea.
Eclipsado
Entonces, ¿cuál es la razón por la que las masas estelares resultan ser mucho más grandes?
Giménez Arteaga explica: “Las poblaciones estelares son una mezcla de estrellas pequeñas y débiles, por un lado, y estrellas masivas y brillantes, por el otro. Si solo observamos la luz combinada, las estrellas brillantes tenderán a eclipsar por completo a las estrellas débiles, dejándolos desapercibidos. Nuestro análisis muestra que los cúmulos brillantes que forman estrellas pueden dominar la luz total, pero la mayor parte de la masa se encuentra en estrellas más pequeñas”.
La masa estelar es una de las principales propiedades utilizadas para caracterizar una galaxia, y el resultado de Giménez-Arteaga destaca la importancia de poder resolver las galaxias.
Pero para los más distantes y tenues, esto no siempre es posible. El efecto ha sido estudiado antes, pero solo en épocas muy posteriores en la historia del universo.
Por lo tanto, el siguiente paso es buscar firmas que no requieran la alta resolución y que se correlacionen con la masa estelar “verdadera”.
“Otros estudios en épocas muy posteriores también han encontrado esta discrepancia. Si podemos determinar cuán común y severo es el efecto en épocas anteriores y cuantificarlo, estaremos más cerca de inferir masas estelares robustas de galaxias distantes, que es uno de los principales retos actuales del estudio de las galaxias en el universo primitivo”, concluye Clara Giménez Arteaga.
El estudio acaba de ser publicado en The Astrophysical Journal.
El modelo ΛCDM
“ΛCDM”, pronunciado “Lambda-CDM”, es el apodo que se le da al mejor modelo que tenemos para describir la estructura y evolución de nuestro universo. El modelo se basa en una de las teorías más probadas de la física, la teoría de la relatividad general, que describe cómo la materia afecta al espacio y cómo el espacio afecta a la materia.
En este modelo, se supone que el universo consiste principalmente en una sustancia desconocida conocida como energía oscura, denotada por la letra griega Λ, y materia oscura fría (CDM), donde “frío” significa que no se mueve demasiado rápido.
ΛCDM ha tenido un gran éxito en la descripción y predicción de numerosos fenómenos. Pero todavía no sabemos qué es la materia y la energía oscuras, y sabemos que la relatividad general, a pesar de su éxito, no es una teoría completa. Por lo tanto, esperamos que ΛCDM eventualmente se amplíe o se reemplace por una teoría mejor.
