¿Cuánto tiempo después del Big Bang podrían comenzar a formarse estrellas y galaxias? Ha sido una pregunta difícil de responder, ya que gran parte de la luz de las primeras estrellas se ha desplazado profundamente hacia el infrarrojo durante los miles de millones de años que ha pasado viajando a la Tierra. Uno de los objetivos de diseño del Telescopio Webb era crear un telescopio que pudiera captar esta luz y decirnos algo sobre la historia temprana del Universo. Y los datos iniciales han sido muy prometedores, con los astrónomos aparentemente compitiendo entre sí para encontrar la galaxia más distante observada hasta ahora.
Ahora, un nuevo estudio analiza las propiedades de un conjunto de galaxias distantes y muestra que una de ellas parece ser más grande que la Vía Láctea solo 700 millones de años después del Big Bang. Si los resultados se mantienen, entonces la cantidad de galaxias de este tamaño puede ser difícil de reconciliar con las fuerzas que creemos que construyeron el Universo.
Ir a fondo
La técnica para detectar galaxias tempranas es bastante simple. Las primeras estrellas y galaxias estaban incrustadas en un Universo lleno de átomos de hidrógeno, que pueden ionizarse si absorben luz en longitudes de onda específicas en el rango ultravioleta. Esta absorción crea una característica distintiva en la luz que llega de galaxias distantes. Sin embargo, a lo largo de los miles de millones de años que tarda en llegar a nosotros, esa característica se ha desplazado hacia el rojo por la expansión del Universo, de modo que ahora aparece en lo profundo de la porción infrarroja del espectro. Si puede identificar dónde reside, entonces puede determinar qué tan lejos está la galaxia.
Para el nuevo trabajo, un equipo de astrónomos buscó galaxias en una parte del cielo donde pudieron identificar dos características específicas, ambas debido a la ionización del hidrógeno. Esto llevó a un grupo de 13 galaxias con desplazamientos al rojo que las ubicaron entre 500 millones y 900 millones de años después del Big Bang. Eso significa que la luz de ellos había viajado durante aproximadamente 13 mil millones de años antes de llegar a la Tierra.
El simple hecho de saber las galaxias que hay allí es útil. Pero también es posible estimar algunas de sus propiedades, lo que puede decirnos qué tan rápido tuvo lugar la formación y evolución de galaxias. Estas estimaciones se basan en la proporción de la intensidad de las características del hidrógeno en relación con la luz más profunda en el infrarrojo, que incluye gran parte de la luz estelar emitida por estas galaxias.
Hay varios métodos disponibles para modelar las propiedades de estas galaxias, y el equipo de investigación los ejecutó todos, incluido uno con cinco configuraciones diferentes. Esto estaba destinado a proporcionar un rango de valores bajo el supuesto de que el valor real probablemente se encontraría dentro de este rango.
Gran cosa
La más brillante de estas galaxias es inesperadamente grande. En el extremo superior de las estimaciones de su masa, es de aproximadamente 1011 veces la masa del Sol, lo que lo hace más grande que la Vía Láctea según esta estimación. Sin embargo, parece tener tantas estrellas alrededor de 700 millones de años después del Big Bang: las galaxias con esta masa simplemente no se han visto antes a esta distancia. Parece tener al menos dos compañeros cercanos, por lo que puede ser parte de un grupo, lo que podría haber influido en su crecimiento.
Si bien es el miembro más grande de esta muestra, sin embargo, toda la muestra tiende a estar en el lado inesperadamente masivo. De hecho, si estas galaxias son representativas, entonces la mayoría de las estrellas del Universo primitivo estaban en galaxias masivas. Es eso, o no hemos tenido mucho éxito en encontrar galaxias de baja masa a estas distancias. Una cosa que argumentaría que estas galaxias no son representativas es que es difícil formar tantas galaxias de gran masa dada nuestra comprensión actual de cómo la materia oscura y la energía oscura dieron forma a la evolución del Universo primitivo, porque simplemente puede no haber suficiente. materia regular para formar tantas estrellas. Estas galaxias “empujan contra el límite establecido por la cantidad de bariones disponibles en los halos de materia oscura más masivos”, indican los investigadores.
La alternativa, por supuesto, es que las estimaciones de masa sean incorrectas de alguna manera. Una posibilidad es que los métodos utilizados para estimar la masa se hayan desarrollado utilizando ejemplos un poco más recientes, por lo que no producen resultados precisos cuando se utilizan en galaxias más distantes.
Afortunadamente, descubrir qué está pasando solo llevará tiempo. Esta era solo una pequeña área del cielo, elegida para el estudio porque el Hubble la había fotografiado previamente. Definitivamente hay áreas adicionales para las que ya tenemos datos, y deberían decirnos si la tendencia hacia las galaxias masivas es una característica general del Universo primitivo.
Nature, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05786-2 (Acerca de los DOI).