El descubrimiento de galaxias masivas inesperadas puede que no reescriba la cosmología, pero aún deja dudas

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Al observar diferentes partes del espectro electromagnético, el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb pueden ver cosas diferentes en las mismas partes del universo. Fuente de la imagen: NASA, J. Olmsted (STScI).

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Al observar diferentes partes del espectro electromagnético, el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb pueden ver cosas diferentes en las mismas partes del universo. Fuente de la imagen: NASA, J. Olmsted (STScI).

Desde que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) vislumbró por primera vez el universo primitivo, los astrónomos se han sorprendido por la presencia de lo que parecen ser galaxias más “supermasivas” de lo esperado. Basados ​​en el modelo cosmológico más ampliamente aceptado, no deberían haber podido evolucionar hasta más adelante en la historia del universo, lo que llevó a afirmar que el modelo necesita cambiar.

Esto pondría patas arriba décadas de ciencia establecida.

«La evolución de los objetos en el universo es jerárquica. Comienzas siendo pequeño y luego te haces cada vez más grande», dijo Julián Muñoz, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Texas en Austin y coautor del artículo. artículo reciente Publicado en Cartas de revisión física Lo que pone a prueba los cambios en el paradigma cosmológico. El estudio concluye que no es necesario revisar el modelo cosmológico estándar. Sin embargo, es posible que los astrónomos tengan que reconsiderar lo que entienden sobre cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias.

La cosmología estudia el origen, evolución y estructura del universo, desde el Big Bang hasta la actualidad. El modelo más aceptado en cosmología se llama Modelo Lambda de Materia Oscura Fría (ΛCDM) o «Modelo Cosmológico Estándar». Aunque el modelo es muy esclarecedor, gran parte del universo primitivo sigue siendo teórico porque los astrónomos no han podido observarlo en su totalidad, si es que pueden hacerlo.

Lanzado en 1990, el Telescopio Espacial Hubble jugó un papel fundamental en el desarrollo y mejora del Modelo Cosmológico Estándar. Observa el universo en longitudes de onda ultravioleta, visible y algunas del infrarrojo cercano. Sin embargo, esto lo hace ver mejor algunas cosas que otras. Por ejemplo, el Hubble está bien equipado para ver galaxias más pequeñas que a menudo contienen un mayor número de estrellas jóvenes que emiten ultravioleta y menos polvo que tiende a absorber longitudes de onda más cortas.

Lanzado a finales de 2021, el telescopio espacial James Webb proporciona un complemento importante a las capacidades del Hubble. Al observar en longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio, el telescopio espacial James Webb puede detectar objetos invisibles para el Hubble.

“Estamos abriendo una ventana a lo desconocido”, dijo Muñoz. «Ahora podemos probar nuestras teorías sobre el universo donde antes no podíamos».

Una vista infrarroja del universo capturada por el telescopio espacial James Webb. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense y STScI.

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Una vista infrarroja del universo capturada por el telescopio espacial James Webb. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense y STScI.

Poco después del Big Bang, las cosas no eran tan uniformes. Pequeñas diferencias de densidad tuvieron un impacto crítico en la futura estructura y evolución del universo. Las áreas de mayor densidad atraen más materia debido a la gravedad, lo que eventualmente conduce a la formación de estructuras cada vez más grandes.

Para que las galaxias se vuelvan tan grandes en tan poco tiempo, las galaxias ultramasivas observadas por el Telescopio Espacial James Webb sólo serían teóricamente posibles si más de estas regiones de alta densidad se desarrollaran inmediatamente después del Big Bang. Esto requiere cambiar el modelo cosmológico estándar.

Muñoz y su equipo probaron esta hipótesis.

Eligieron un rango de tiempo cósmico para el cual están disponibles las observaciones de JWST y Hubble. Dentro de este rango, identificaron las galaxias más masivas disponibles en los datos del Telescopio Espacial James Webb y calcularon cuánto cambio en la densidad del universo temprano sería necesario para su formación.

También calcularon cuántas galaxias más pequeñas resultarían de este hipotético cambio. Estas galaxias más pequeñas habrían sido observadas por el Hubble.

“Pero eso no es lo que vemos”, explicó Muñoz. «No se puede cambiar la cosmología lo suficiente como para explicar este problema de abundancia, ya que las observaciones del Hubble también se verían afectadas».

Entonces, ¿por qué el telescopio espacial James Webb encuentra tantas galaxias masivas? Una posibilidad es que contengan agujeros negros supermasivos. Estos agujeros negros calentarán el gas cercano, haciendo que las galaxias parezcan más brillantes y, por tanto, más masivas de lo que realmente son. O es posible que las galaxias en realidad no existan en el universo primitivo, pero parecen estarlo porque el polvo hace que su color parezca más rojo de lo que sería de otra manera. Esta transformación haría que las galaxias parecieran más lejanas de lo que están.

Además de Muñoz, los autores del estudio son Nashwan Sabti y Mark Kamionkowski de la Universidad Johns Hopkins.

más información:
Nashwan Sabti et al., Información del HST sobre galaxias masivas y cosmología en el universo temprano, Cartas de revisión física (2024). doi: 10.1103/PhysRevLett.132.061002. en arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2305.07049

Información de la revista:
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