Nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias y la naturaleza de la materia oscura podría verse completamente alterada tras nuevas observaciones de una población estelar mayor que Vía Láctea de hace más de 11 mil millones de años que no debería existir.

Un artículo publicado en Naturaleza detalla los hallazgos utilizando nuevos datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Los resultados revelan que una galaxia masiva en el Universo temprano, observada hace 11.500 millones de años (un corrimiento al rojo cósmico de 3,2), tiene una población de estrellas extremadamente antigua formada mucho antes: 1.500 millones de años antes (un corrimiento al rojo de aproximadamente 11). La observación cambia los modelos actuales, ya que no se ha acumulado suficiente materia oscura en concentraciones suficientes para sembrar su formación.

El distinguido profesor Karl Glazebrook de la Universidad Tecnológica de Swinburne dirigió el estudio y el equipo internacional que utilizó JWST para observaciones espectroscópicas de esta enorme galaxia inactiva.

“Hemos estado persiguiendo esta galaxia en particular durante siete años y pasamos horas observándola con los dos telescopios más grandes de la Tierra para saber cuántos años tenía. Pero era muy rojo y muy tenue y no pudimos medirlo. Al final, tuvimos que abandonar la Tierra y utilizar JWST para confirmar su naturaleza”.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA es el sucesor del Telescopio Espacial Hubble, el observatorio científico infrarrojo más poderoso jamás enviado al espacio. Desde su órbita a casi un millón de kilómetros de la Tierra, Webb estudia algunos de los objetos más distantes del Universo. Crédito: NASA

La formación de galaxias es un paradigma fundamental que sustenta la astrofísica moderna y predice una fuerte disminución en el número de galaxias masivas en los primeros tiempos cósmicos. Se han observado galaxias inactivas extremadamente masivas entre uno y dos mil millones de años después Big Bang lo que desafía los modelos teóricos anteriores.

El distinguido profesor Glazebrook ha trabajado con destacados investigadores de todo el mundo, entre ellos el Dr. Lalitwadee Kawinwanichakij, el Dr.

“Este ha sido un esfuerzo de equipo, desde los estudios del cielo infrarrojo que comenzamos en 2010, que nos llevaron a identificar esta galaxia como inusual, hasta las muchas horas que pasamos en Keck y Telescopio muy grande donde lo intentamos pero no pudimos confirmar, hasta finalmente el año pasado, donde dedicamos un gran esfuerzo a descubrir cómo procesar los datos JWST y analizar este espectro”.

Themiya Nanayakkara, quien dirigió el análisis espectral de los datos del JWST, dice: «Ahora vamos más allá de lo que ha sido posible para confirmar los monstruos masivos inactivos más antiguos que existen en las profundidades del Universo».

“Esto va más allá de los límites de nuestra comprensión actual de cómo se forman y evolucionan las galaxias. La pregunta clave ahora es cómo se forman tan rápidamente en el Universo temprano y qué misteriosos mecanismos les impiden formar estrellas abruptamente mientras que el resto del Universo lo hace”.

Profesora asociada Claudia Lagos del nodo del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía de la Universidad de Australia Occidental (ICRAR) fue crucial en el desarrollo de modelos teóricos de la evolución de las concentraciones de materia oscura para el estudio.

«La formación de galaxias depende en gran medida de cómo se concentra la materia oscura», afirma. “Tener estas galaxias extremadamente masivas en una etapa tan temprana del Universo plantea desafíos importantes a nuestro modelo estándar de cosmología. Esto se debe a que no creemos que las estructuras masivas de materia oscura que albergan estas galaxias masivas aún no hayan tenido tiempo de formarse. Se necesitan más observaciones para comprender cuán comunes pueden ser estas galaxias y ayudarnos a comprender cuán verdaderamente masivas son estas galaxias”.

El distinguido profesor Glazebrook espera que esto pueda ser una nueva apertura para nuestra comprensión de la física de la materia oscura.

“JWST ha encontrado evidencia cada vez mayor de formación masiva de galaxias en una fase temprana del tiempo. Este resultado establece un nuevo récord para este fenómeno. Aunque es muy impresionante, es sólo un objeto. Pero esperamos encontrar más, y si lo hacemos, realmente alterará nuestras ideas sobre la formación de galaxias”.

Referencia: “Una galaxia masiva que formó sus estrellas en z ~ 11” por Karl Glazebrook, Themiya Nanayakkara, Corentin Schreiber, Claudia Lagos, Lalitwadee Kawinwanichakij, Colin Jacobs, Harry Chittenden, Gabriel Brammer, Glenn G. Kacprzak, Ivo Labbe, Danilo Marchesini , Z. Cemile Marsan, Pascal A. Oesch, Casey Papovich, Rhea-Silvia Remus, Kim-Vy H. Tran, James Esdaile y Angel Chandro-Gomez, 14 de febrero de 2024, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07191-9