‘Acabamos de descubrir lo imposible’: cómo las galaxias bebés gigantes están sacudiendo nuestra comprensión del universo primitivo

«Mira esto», dice el mensaje de Erica. Está estudiando detenidamente las primeras imágenes del nuevo telescopio espacial James Webb (JWST).

Es julio de 2022, apenas una semana después de que se publicaran esas primeras imágenes del revolucionario supertelescopio. Veinticinco años en desarrollo, de cien a mil veces más poderoso que cualquier telescopio anterior, uno de los experimentos científicos más grandes y ambiciosos en la historia humana: es difícil no hablar en superlativos, y todo es cierto.

El telescopio tardó décadas en construirse, porque tuvo que ser plegable para caber en la parte superior de un cohete y ser enviado a la frialdad del espacio, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Aquí, lejos del resplandor de calor de la Tierra, JWST puede detectar la luz infrarroja más tenue del universo distante.

No sabía que entre las imágenes hay un pequeño punto rojo que sacudirá nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias después del Big Bang. Después de meses de análisis, mis colegas y yo acabamos de publicamos nuestros resultados en Naturaleza.

Cazando nuevos tipos de galaxias

Erica y yo estamos a la caza para descubrir nuevos tipos de galaxias. Galaxias que el venerable Telescopio Espacial Hubble había pasado por alto, incluso después de décadas de inspeccionar el cielo.

Ella y yo hace 15 años. Nos conocimos cuando ella era una estudiante de primer año en una universidad de artes liberales de California y yo era un doctorado recién graduado. Recién salido de la universidad, recién comenzando mi primer trabajo como investigador en Los Ángeles. JWST era solo un rumor lejano.

De alguna manera, muchos años después, nuestros caminos se cruzaron nuevamente, y ahora la profesora asistente Erica Nelson de la Universidad de Colorado y yo nos encontramos en la punta de lanza atacando los primeros datos de un JWST muy real.

«OVNIs», llama a las nuevas galaxias, y puedo leer una sonrisa gigante entre líneas: «objetos aplanados ultra-rojos», porque todos parecen platillos voladores. En las imágenes en color, aparecen muy rojas porque toda la luz sale en el infrarrojo, mientras que las galaxias son invisibles en las longitudes de onda que los humanos pueden ver.

El infrarrojo es el superpoder de JWST, que le permite espiar las galaxias más distantes. La luz ultravioleta y visible de las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang se estira por la expansión del universo a medida que viaja hacia nosotros, por lo que cuando la luz nos alcanza, la vemos como luz infrarroja.

Galaxias imposiblemente tempranas, imposiblemente masivas

Todas las galaxias de Erica parecen platillos, excepto una. Miro el pequeño punto rojo en la pantalla. Eso no es un OVNI. Y entonces me doy cuenta: esto es algo muy diferente. Mucho más importante.

Ejecuto el software de análisis en el pequeño pinchazo y escupe dos números: distancia 13.1 mil millones de años luz, masa 100 mil millones de estrellas, y casi escupo mi café. Acabamos de descubrir lo imposible. Galaxias imposiblemente tempranas, imposiblemente masivas.

A esta distancia, la luz tardó 13.000 millones de años en llegar hasta nosotros, por lo que estamos viendo las galaxias en una época en la que el universo tenía solo 700 millones de años, apenas el 5% de su edad actual de 13.800 millones de años. Si esto es cierto, esta galaxia ha formado tantas estrellas como nuestra Vía Láctea actual. En tiempo récord.

Y donde hay uno, hay más. Un día después había encontrado seis.

¿El eslabón perdido de la astronomía?

¿Podríamos haber descubierto el eslabón perdido de la astronomía? Ha habido un rompecabezas de larga data en la formación de galaxias. A medida que miramos en el espacio y retrocedemos en el tiempo, vemos que los «cadáveres» de galaxias maduras completamente formadas aparecen aparentemente de la nada alrededor de 1.500 millones de años después del Big Bang.

Estas galaxias han dejado de formar estrellas. Galaxias muertas, las llamamos, y algunos astrónomos están obsesionados con ellas. Las edades estelares de estas galaxias muertas sugieren que deben haberse formado mucho antes en el universo, pero Hubble nunca ha podido detectar sus etapas anteriores de vida.

Las primeras galaxias muertas son criaturas realmente extrañas, con tantas estrellas como la Vía Láctea, pero en un tamaño 30 veces más pequeño. Imagina un adulto, que pesa 100 kilos, pero mide 6 cm de altura. Nuestros pequeños puntos rojos son igualmente extraños. Parecen versiones bebés de las mismas galaxias, también con un peso de 100 kilos, con una altura de 6 cm.

Demasiadas estrellas, demasiado temprano

Sin embargo, hay un problema. Estos pequeños puntos rojos tienen demasiadas estrellas, demasiado temprano. Las estrellas se forman a partir de gas hidrógeno, y la teoría cosmológica fundamental («Big Bang») hace predicciones difíciles sobre cuánto gas está disponible para formar estrellas.

Para producir estas galaxias tan rápidamente, casi se necesita todo el gas del universo para convertirse en estrellas con una eficiencia cercana al 100%. Y eso es muy difícil, que es el término científico para imposible. Este descubrimiento podría transformar nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias del universo.

La implicación es que hay un canal diferente, una vía rápida, que produce galaxias monstruosas muy rápidamente y de manera muy eficiente. Una vía rápida para el 1% superior.

En cierto modo, cada uno de estos candidatos puede considerarse un «cisne negro». La confirmación de incluso uno descartaría nuestro modelo actual de formación de galaxias de «todos los cisnes son blancos», en el que todas las galaxias tempranas crecen lenta y gradualmente.

Comprobación de las huellas dactilares

El primer paso para resolver este misterio es confirmar las distancias con espectroscopia, donde ponemos la luz de cada una de estas galaxias a través de un prisma y la dividimos en su huella digital similar a un arco iris. Esto nos dirá la distancia con una precisión del 0,1%.

También nos dirá qué es lo que produce la luz, si son estrellas u otra cosa más exótica.

Por casualidad, hace aproximadamente un mes, JWST ya apuntó a una de las seis galaxias masivas candidatas y resultó ser un cuásar bebé distante. Un cuásar es un fenómeno que ocurre cuando el gas cae en un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia y comienza a brillar intensamente.

Esto es realmente emocionante, por un lado, porque tampoco se comprende el origen de los agujeros negros supermasivos en las galaxias, y encontrar cuásares bebés podría ser la clave. Por otro lado, los cuásares pueden eclipsar a toda su galaxia anfitriona, por lo que es imposible saber cuántas estrellas hay y si la galaxia es realmente tan masiva.

¿Podría ser esa la respuesta para todos ellos? ¿Cuásares bebés por todas partes? Probablemente no, pero llevará otro año investigar las galaxias restantes y averiguarlo.

Un cisne negro caído, faltan cinco.

Este artículo se vuelve a publicar de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.