¿El universo primitivo era frutal?
Un equipo de astrónomos reexaminaron las imágenes de unas 4000 galaxias recién nacidas
Sin embargo, según un análisis de nuevas imágenes del Telescopio Espacial James Webb, las galaxias bebé no eran ni huevos ni discos. Eran plátanos. O pepinillos, puros o tablas de surf... Elige tu propia metáfora. Esa es la conclusión tentativa de un equipo de astrónomos que reexaminaron las imágenes de unas 4000 galaxias recién nacidas en el inicio de los tiempos observadas desde el Webb.
“Es un resultado sorprendente e inesperado, aunque ya había indicios de esto con el Hubble”, afirmó Viraj Pandya, investigador posdoctoral de la Universidad de Columbia, en referencia al Telescopio Espacial Hubble. Pandya es el primer autor de un artículo que se publicará pronto en la revista Astrophysical Journal con el título provocador de “Galaxies Going Bananas”. Pandya tiene programado dar una plática sobre su trabajo el miércoles en una reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans.
Según los astrónomos, si el resultado se mantiene, podría alterar a profundidad su comprensión de cómo surgen y crecen las galaxias. También podría ayudar a entender mejor la naturaleza misteriosa de la materia oscura, una forma desconocida e invisible de la materia que, según los astrónomos, representa la mayor parte del universo y supera a la materia atómica en una proporción de cinco a uno. La materia oscura envuelve las galaxias y brinda los semilleros gravitatorios en los que surgen las nuevas galaxias.
Según Joel Primack, astrónomo de la Universidad de California, campus Santa Cruz, y uno de los autores del nuevo artículo, este resultado se basa en pistas de observaciones anteriores del telescopio Hubble de las que se concluyó que las primeras galaxias tenían forma de pepinillos.
En un correo electrónico, Alan Dressler de los Observatorios Carnegie, quien no fue parte del trabajo de Pandya, describió el resultado como “importante —en verdad creo que es importante—, extremadamente importante si es verdad”.
“Tengo cierto escepticismo respecto a este resultado, dada la dificultad de realizar una medición de este tipo”, agregó. “En especial para galaxias lejanas, pequeñas y no muy brillantes (me refiero a las galaxias)”.
El equipo de Pandya analizó las imágenes de galaxias en una zona del cielo más pequeña que una luna llena, conocida como la Franja de Groth Extendida, la cual han estudiado muchos telescopios, incluido el Hubble. Las imágenes se obtuvieron gracias a una colaboración internacional llamada estudio Ciencia de Divulgación Temprana de la Evolución Cósmica (CEERS, por su sigla en inglés).
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El equipo tiene planes de ampliar sus observaciones a otras zonas bien estudiadas del cosmos. “Esto nos permitirá identificar galaxias con distintas formas tridimensionales en todo el cielo” y facilitará las tan necesarias observaciones espectroscópicas de seguimiento, escribió Pandya en un correo electrónico.
Pandya y sus colaboradores investigaron las formas tridimensionales de las galaxias analizando a nivel estadístico sus proyecciones bidimensionales en el cielo. Si estas primeras galaxias hubieran sido bolas o discos orientados al azar en el espacio, en algún momento tendrían que haber presentado sus caras completas, con apariencia redonda y circular, a los telescopios.
Sin embargo, los astrónomos no han visto mucho de eso. En cambio, ven muchos puros y plátanos.
“Por lo regular lucen muy lineales, y algunas galaxias muestran varias protuberancias brillantes colocadas como perlas en un collar”, mencionó Panya.
Este tipo de galaxias alargadas son poco frecuentes en la actualidad, pero representan hasta el 80 por ciento de las galaxias de la muestra del CEERS, que se remonta a unos 500 millones de años después del Big Bang.
“Tienen tales masas que serían las progenitoras de galaxias como la Vía Láctea, y esto implica que en el pasado nuestra propia galaxia pudo haber pasado por una fase morfológica similar de puro o tabla de surf”, comentó Pandya.
En el universo moderno, las galaxias parecen tener dos formas básicas: nubes redondeadas y sin rasgos característicos llamadas elípticas y discos delgados y planos como nuestra Vía Láctea.
Es evidente que las primeras recién nacidas no empezaron así. Los astrónomos sospechan que la razón está relacionada con las propiedades de la materia oscura, pero no está claro exactamente con cuáles ni cómo.
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Según la teoría principal, la materia oscura consiste en nubes de partículas subatómicas exóticas que quedaron del Big Bang. La materia ordinaria, atraída hacia estas nubes debido a la gravedad, se condensó y encendió hasta convertirse en estrellas y galaxias, de acuerdo con las simulaciones por computadora.
En una variante popular llamada materia oscura fría, estas partículas sobrantes eran pesadas y lentas en comparación con los protones, neutrones y otros habitantes más familiares del mundo atómico cuántico. Según las simulaciones por computadora, la materia oscura fría se agrupaba con facilidad 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. No obstante, hasta ahora los experimentos realizados en laboratorios como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN no han logrado detectar ni producir ninguna partícula de materia oscura fría. Recientemente, el interés se ha dirigido hacia otras formas propuestas de materia oscura, incluida toda una galería —un “sector oscuro”— de partículas “oscuras” que interactúan entre sí de manera invisible por medio de fuerzas “oscuras”.
En esta mezcla se encuentran los axiones, los cuales en teoría son extremadamente ligeros y actúan más como ondas que como partículas: “materia oscura difusa” o “materia oscura ondulada”, en la jerga. En las simulaciones por computadora de la formación de galaxias, estas ondas pueden interferir entre sí para producir estructuras filamentosas y nudosas en vez de las redondas que predice la materia oscura fría.
“En efecto, la conexión con la materia oscura es tentadora”, admitió Pandya, quien agregó que los detalles problemáticos estaban en la “gastrofísica”, la cual describe cómo la turbulencia, el gas caliente y los campos magnéticos interactúan para iluminar estrellas y galaxias.
Jeremiah Ostriker, profesor emérito de astrofísica en la Universidad de Princeton, quien ahora está afiliado a la Universidad de Columbia, en años recientes ha desviado su atención hacia la materia oscura difusa. En 1973, Ostriker concibió la idea de la materia oscura con su colega de Princeton James Peebles.
Ostriker y otros han señalado que la materia oscura difusa dejaría su propia firma en los tamaños y formas de las galaxias bebé. Debido a su ondulación inherente, los axiones no se agruparían de manera tan eficaz como la materia oscura fría, así que les sería difícil producir galaxias bebé de menos de mil millones de masas solares. La materia oscura fría no tiene esa restricción. Sin embargo, los telescopios actuales están lejos de ser tan sensibles como para poder observar estos bebés; tal vez se necesite una nueva generación de instrumentos aún más grandes para terminar el trabajo.
Cuando Ostriker se enteró del trabajo de Pandya, comentó que las perspectivas de la materia oscura difusa parecían cada vez mejores. “Sigan trabajando así”, comentó.
