¿Cómo se ve una galaxia recién nacida?
Durante mucho tiempo, muchos astrofísicos y cosmólogos han asumido que las galaxias recién nacidas se parecerían a los orbes y discos en forma de araña que son familiares en el universo moderno.
Pero según un análisis de nuevas imágenes del Telescopio Espacial James Webb, las galaxias jóvenes no eran ni huevos ni discos. Eran plátanos. O encurtidos, puros o tablas de surf: elige tu propia metáfora. Ésa es la conclusión provisional de un equipo de astrónomos que reexaminó imágenes de unas 4.000 galaxias recién nacidas observadas por Webb en los albores de los tiempos.
«Este es un resultado sorprendente e inesperado, aunque ya había indicios de ello con el Hubble», dijo Viraj Pandya, becario postdoctoral de la Universidad de Columbia, refiriéndose al Telescopio Espacial Hubble. Es el autor principal de un artículo que próximamente se publicará en el Astrophysical Journal bajo el provocativo título “Las galaxias se vuelven bananas.” Está previsto que el Dr. Pandya dé una charla sobre su trabajo el miércoles en una reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans.
Si el resultado se mantiene, los astrónomos dicen que podría alterar profundamente su comprensión de cómo emergen y crecen las galaxias. También podría ofrecer información sobre la misteriosa naturaleza de la materia oscura, una forma desconocida e invisible de materia que, según los astrónomos, constituye una parte importante del universo y pesa más que la materia atómica en una proporción de 5 a 1. La materia oscura envuelve las galaxias y proporciona los viveros gravitacionales en los que se encuentran. Surgen nuevas galaxias.
El resultado se basa en indicios de observaciones anteriores del telescopio Hubble de que las galaxias más antiguas tenían forma de pepinillosdijo Joel Primack, astrónomo de la Universidad de California, Santa Cruz, y autor del nuevo artículo.
En un correo electrónico, Alan Dressler de los Observatorios Carnegie, que no formó parte del trabajo del Dr. Pandya, caracterizó el resultado como «importante – creo que es importante – extremadamente importante, si es cierto».
«Mantengo cierto escepticismo sobre este resultado, dado lo difícil que es realizar esa medición», añadió. “Especialmente para galaxias que están lejos, son pequeñas y no muy brillantes (me refiero a las galaxias)”.
El equipo del Dr. Pandya analizó las imágenes de galaxias en una porción de cielo más pequeña que una luna llena conocida como la Franja Extendida de Groth, que ha sido estudiada por muchos otros telescopios. incluido el telescopio Hubble. Las imágenes fueron obtenidas mediante una colaboración internacional llamada encuesta Cosmic Evolution Early Release Science, o CEERS.
El equipo planea ampliar sus observaciones a otras áreas del cosmos bien estudiadas. «Esto nos permitirá identificar galaxias con diferentes formas tridimensionales en todo el cielo» y facilitará las muy necesarias observaciones espectroscópicas de seguimiento, escribió el Dr. Pandya en un correo electrónico.
Las galaxias son las ciudades-estado del cosmos. Se estima que en el universo visible hay dos billones de estrellas, cada una de las cuales contiene hasta un billón de estrellas. Pero el universo visible es sólo una fracción de lo que hay afuera. La mayor parte de la materia del cosmos parece estar en forma de materia oscura; Sea lo que sea la materia oscura, constituye los huesos invisibles del universo que vemos.
Los astrónomos ahora piensan que las galaxias fueron sembradas por fluctuaciones aleatorias en la densidad de materia y energía durante el Big Bang. A medida que el espacio se expandió, las áreas más densas quedaron rezagadas y la materia oscura se acumuló, arrastrando consigo la materia normal. Este material eventualmente volvió a juntarse y se iluminó como estrellas y galaxias o desapareció en los agujeros negros. El telescopio Webb fue diseñado para investigar esta era formativa y misteriosa; Con un espejo gigante y sensores infrarrojos, puede ver las galaxias más distantes y, por tanto, las más antiguas.
El Dr. Pandya y sus colaboradores investigaron las formas tridimensionales de las galaxias analizando estadísticamente sus proyecciones bidimensionales en el cielo. Si estas primeras galaxias fueran bolas o discos orientados aleatoriamente en el espacio, ocasionalmente deberían presentar sus caras completas, apareciendo redondas y circulares, a los telescopios.
Pero los astrónomos no ven mucho de eso. En cambio, ven muchos puros y plátanos.
«Consistentemente parecen muy lineales», dijo el Dr. Pandya, «y algunas galaxias muestran múltiples grupos brillantes dispuestos como perlas en un collar».
Este tipo de galaxias oblongas son raras hoy en día, pero constituyen hasta el 80 por ciento de las galaxias de la muestra CEERS, que se remonta a unos 500 millones de años después del Big Bang.
«Sus masas son tales que serían las progenitoras de galaxias como la Vía Láctea», dijo el Dr. Pandya, «lo que implica que nuestra propia galaxia puede haber pasado por una fase morfológica similar a la de un cigarro o una tabla de surf en el pasado».
En el universo moderno, las galaxias parecen tener dos formas básicas: nubes redondeadas y sin rasgos distintivos llamadas elípticas, y discos planos y en forma de araña, como nuestra Vía Láctea.
Evidentemente, los primeros recién nacidos no empezaron así. La razón, sospechan los astrónomos, está relacionada con las propiedades de la materia oscura, pero no está claro exactamente cuál o cómo.
La teoría principal sostiene que la materia oscura está formada por nubes de partículas subatómicas exóticas que quedaron del Big Bang. La materia ordinaria, atraída por la gravedad hacia estas nubes, se condensaría y se iluminaría formando estrellas y galaxias, según simulaciones por computadora.
En una variante popular llamada materia oscura fría, estas partículas sobrantes serían pesadas y lentas en comparación con los protones, los neutrones y otros habitantes más familiares del mundo atómico cuántico. Según simulaciones por computadora, la materia oscura fría se agruparía fácilmente para formar los patrones a gran escala que los astrónomos ven en el cielo.
Identificar estas partículas lentas y pesadas sacudiría el mundo de la física de partículas y la cosmología. Pero hasta ahora los experimentos en laboratorios como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN no han logrado detectar ni producir partículas de materia oscura fría. Últimamente, el interés se ha desplazado hacia otras formas propuestas de materia oscura, incluida una galería completa (un «sector oscuro») de partículas «oscuras» que interactúan entre sí de manera invisible a través de fuerzas «oscuras».
En esta mezcla se encuentran los axiones, que en teoría son extremadamente ligeros y actúan más como ondas que como partículas: “materia oscura difusa” o “materia oscura ondulada”, en la lengua vernácula. En simulaciones por computadora de la formación de galaxias, tales ondas pueden interferir entre sí, produciendo estructuras filamentosas nudosas en lugar de las formas redondas predichas por la materia oscura fría.
«Sí, la conexión de la materia oscura es tentadora», dijo el Dr. Pandya, y agregó que el diablo estaba en los confusos detalles de la «gastrofísica», que describe cómo la turbulencia, el gas caliente y los campos magnéticos interactúan para iluminar estrellas y galaxias.
Jeremiah Ostriker, profesor emérito de astrofísica en Princeton, ahora afiliado a la Universidad de Columbia, en los últimos años ha centrado su atención en la materia oscura difusa. En 1973, el Dr. Ostriker concibió la idea de la materia oscura con su colega de Princeton, James Peebles.
Él y otros han señalado que la materia oscura difusa dejaría su propia firma en los tamaños y formas de las galaxias jóvenes. Debido a su ondulación inherente, los axiones no se agruparían tan eficazmente como la materia oscura fría, por lo que les resultaría difícil producir galaxias bebés de menos de mil millones de masas solares. La materia oscura fría no tiene tal limitación. Sin embargo, los telescopios actuales están lejos de ser lo suficientemente sensibles para observar a estos bebés; Es posible que se necesite una nueva generación de instrumentos aún mayores para terminar el trabajo.
Cuando el Dr. Ostriker se enteró del trabajo del Dr. Pandya, comentó que las perspectivas para la materia oscura difusa parecían cada vez mejores. “Sigan con el buen trabajo”, dijo.
