Poco después de que el telescopio espacial James Webb (JWST) comenzara sus operaciones científicas, los astrónomos anunciaron que habían descubierto galaxias en el universo primitivo que eran demasiado grandes, brillantes y llenas de estrellas para su edad. Aunque los titulares de todo el mundo afirmaban que estas galaxias estaban «rompiendo» nuestra comprensión del Big Bang, la verdad es mucho más matizada y mucho más interesante.
La teoría del Big Bang es nuestra visión general de la historia del universo, comenzando en su pasado remoto, cuando el cosmos era mucho más pequeño, más caliente y más denso que hoy. Este modelo, desarrollado inicialmente a principios del siglo XX, ha sobrevivido a una serie de pruebas observacionales y es extremadamente bueno para explicar una variedad de observaciones cosmológicas, incluido el desplazamiento hacia el rojo de la luz de galaxias distantes, la aparición de radiación residual en forma de fondo cósmico de microondas, la abundancia de elementos ligeros y la evolución de galaxias y estructuras más grandes.
Aunque la teoría del Big Bang no puede decir con certeza qué galaxias aparecerán en cada lugar, sí puede hablar de probabilidades. Por ejemplo, los cosmólogos pueden decir aproximadamente cuántas galaxias pequeñas, cuántas galaxias medianas y cuántas galaxias grandes deberían aparecer en un volumen dado a una determinada edad del universo. Pero hasta el JWST, no teníamos acceso observacional directo a las primeras etapas de la evolución galáctica, algo para lo que el telescopio fue diseñado explícitamente.
En 2022, los astrónomos anunciaron que habían descubierto galaxias extremadamente distantes que eran sorprendentemente grandes. Habían medido que el corrimiento al rojo de las galaxias era superior a 16, lo que implica que estas galaxias existieron solo entre 200 y 250 millones de años después del Big Bang. Sin embargo, eran gigantescas y parecían estar completamente formadas, con brazos espirales y todo.
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Estas galaxias parecían estar muy lejos de las expectativas de la teoría del Big Bang; era como encontrar adolescentes en una clase de jardín de infantes. ¿Qué estaba pasando entonces?
Cosmología de curvatura
De ahí los titulares descarados que proclamaban la muerte de la teoría del Big Bang, pero esas historias omitieron un detalle crucial: los astrónomos calcularon el corrimiento al rojo de esas galaxias mediante una técnica conocida como fotometría, que es increíblemente incierta. Una evaluación completa de la capacidad de esas galaxias para «romper» la cosmología tendría que esperar a una medición más precisa de su corrimiento al rojo y, por lo tanto, de su edad.
Cuando finalmente se obtuvieron esas mediciones más precisas unos meses después, esas galaxias pasaron de ser galaxias de récord a ser simplemente… galaxias normales. Por ejemplo, el corrimiento al rojo de una galaxia se revisó de más de 16 a solo 4,9, lo que hizo que su edad pasara de 240 millones de años después del Big Bang a más de mil millones de años. Ese es tiempo más que suficiente para que la teoría normal del Big Bang explique sus tamaños y formas.
Pero junto con esas revisiones menos interesantes llegaron algunos nuevos desplazamientos al rojo confirmados de otras galaxias, incluida JADES-GS-z14-0, la galaxia más distante conocida actualmente, con un desplazamiento al rojo de 14,32. Esta galaxia estaba viva y bien cuando el cosmos tenía solo 290 millones de años.
Los astrónomos esperaban que existieran galaxias 290 millones de años después del Big Bang; por eso construyeron el JWST. Y, en lo que respecta a las galaxias, JADES-GS-z14-0 es ciertamente una galaxia joven: solo tiene 1.600 años luz de diámetro, en comparación con los 100.000 años luz de la Vía Láctea. Pero, curiosamente, la galaxia es bastante brillante y está llena de estrellas, no lo suficiente como para romper por completo la cosmología, pero sí lo suficiente como para abrir algunas preguntas sobre los orígenes y el desarrollo de las primeras galaxias que aparecieron en el universo.
Construyendo cosmología
Es muy posible que la teoría del Big Bang sea errónea; los científicos deben mantener la disciplina mental para admitir la posibilidad. Pero con tal riqueza de evidencia que la respalda, es poco probable que una sola observación pueda desmentirla. Y vale la pena reiterar que el JWST está haciendo exactamente lo que lo diseñamos y construimos para hacer: responder algunas preguntas importantes que aún persisten sobre cómo aparecieron las primeras estrellas y galaxias.
Es perfectamente posible que los cosmólogos puedan explicar la aparición de galaxias como JADES-GS-z14-0 en el marco del Big Bang sin tener que hacer grandes revisiones. Por ejemplo, es posible que aparecieran grandes agujeros negros antes que estas galaxias, y que su superpoderosa atracción gravitatoria haya desencadenado brillantes explosiones de formación de estrellas. O tal vez la retroalimentación de las supernovas y otros mecanismos hicieron que las primeras galaxias fueran más ricas en estrellas que las galaxias actuales, haciendo que esas primeras galaxias parecieran poderosas a pesar de su pequeño tamaño.
O tal vez nuestras observaciones iniciales estén sesgadas hacia estos valores atípicos pequeños pero brillantes y campañas posteriores revelarán poblaciones más grandes de galaxias más mundanas, reduciendo así la tensión con los modelos de formación de galaxias.
Y por último, quizá necesitemos añadir algún ingrediente nuevo al universo, como permitir que la energía oscura evolucione con el tiempo, para producir este tipo de galaxias en tiempos tan tempranos.
Esto es lo suficientemente emocionante por sí solo, sin necesidad de cambiar radicalmente el Big Bang tal como lo conocemos. Hay suficientes misterios y rincones ocultos dentro del universo como para mantener a los astrónomos despiertos por la noche preguntándose sobre las posibilidades, y despiertos por la mañana para seguir trabajando en cómo resolverlos.
Publicado originalmente en Espacio.com.
