Un equipo internacional con participación de la Universitat de València ha identificado un total de 36 galaxias masivas –tres de ellas monstruos rojos ultramasivos– que forman parte del Universo primitivo y que se encuentran oscurecidas por su propio polvo interestelar. Este hallazgo, que da muestra de una eficiencia cosmológica que desafía los modelos existentes de formación de galaxias, es un logro astronómico asistido por el telescopio James Webb (JWST), el observatorio espacial de mayor sensibilidad y precisión existente. El estudio aparece publicado en Nature.
A lo largo de la última década, las observaciones realizadas a longitudes de onda milimétrica y de infrarrojo medio, capaces de revelar las regiones densas de gas y polvo que rodean las zonas de formación estelar más intensa, han puesto de manifiesto la existencia de una población sustancial de galaxias masivas ópticamente oscuras. Así se denominan porque no son identificables cuando se buscan a través de la luz, a longitudes de onda óptica. Por esta razón, las principales características físicas de estas galaxias –su masa estelar o la cantidad de estrellas que contienen– han sido siempre inciertas. Desde que en 2021, la NASA y sus socios –la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA)– lanzaron al espacio el observatorio de ciencias espaciales más poderoso del mundo, el James Webb, los avances en este campo suponen un verdadero hito cosmológico.
Un estudio internacional en el que participa la Universitat de València acaba de revelar una abundancia de galaxias masivas –un total de 36– oscurecidas por su propio polvo interestelar e identificadas espectroscópicamente, es decir, a través de líneas en el espectro originadas por los elementos químicos más abundantes –Hidrógeno y Oxígeno– en el universo lejano.
En particular, este estudio dirigido por la Universidad de Ginebra (UNIGE) y recién publicado en la revista Nature indica que tres de estas galaxias están formadas por 100.000 millones de estrellas. Son galaxias ultramasivas, casi tan masivas como la Vía Láctea, y según indica el artículo, el hecho de haberlas encontrado en un área pequeña del cielo sugiere que pudieron existir en cantidades considerables apenas 1000 millones de años después del Big Bang. Esto refuerza la hipótesis de que las galaxias en el universo temprano formaron sus estrellas de forma mucho más eficiente de lo que se pensaba.
“Gracias a la sensibilidad sin precedentes del James Webb, éstas han sido identificadas de forma inmediata”, comenta Mauro Stefanon, investigador CIDEGENT del Departamento de Astronomía de la Universitat de València y coautor del artículo. “La confirmación espectroscópica de estas galaxias no sólo confirma su existencia en esas épocas, sino que nos permite medir sus masas estelares con mucha confianza. La combinación entre el gran número de galaxias identificadas en un área muy pequeña del cielo y sus elevadas masas estelares indica que aproximadamente la mitad del gas contenido en ellas se ha transformado en nuevas estrellas. La proporción es muy alta y esto denota una formación estelar tan sumamente eficiente en esa época que desafía los modelos actuales de formación y evolución de galaxias”, explica Stefanon.
No se trata de las primeras galaxias masivas en el universo primitivo observadas por el James Webb. En 2022, otro equipo de científicos identificó cuatro galaxias que probablemente se fusionaron a partir de gas alrededor de 350 millones de años después del Big Bang, las más antiguas detectadas hasta la actualidad. Y el año pasado, el proyecto en el que participa la UV identificó una población de seis galaxias observadas en una época entre 500 y 800 millones desde la formación del universo.
“Además de tener masas elevadas, las observaciones indican que estas galaxias están formando estrellas muy intensamente, entre 600 y 1.000 nuevas cada año. Se trata de una tasa de formación estelar que corresponde aproximadamente al 20% del total de la tasa de formación estelar cósmica, y se produce en los primeros mil millones de años de historia del universo. Todo esto que ahora vemos se hallaba escondido detrás del polvo”, explica el científico.
Este sorprendente descubrimiento ha sido posible gracias al programa FRESCO del telescopio espacial James Webb, que utiliza el espectrógrafo NIRCam/grism para medir con precisión las distancias y las masas estelares de las galaxias.
Descubrimiento de ‘monstruos rojos’
Al analizar las galaxias del sondeo FRESCO, se ha comprobado que las tres galaxias ultramasivas halladas –bautizadas como ‘los tres monstruos rojos’ por el aspecto que confiere el gran cúmulo de estrellas oculto tras su alto contenido en polvo– están formando estrellas con casi el doble de eficiencia que sus homólogas de menor masa y que las galaxias de épocas posteriores.
Aunque estos hallazgos no entran en conflicto con el modelo cosmológico estándar, sí que plantean nuevos interrogantes a las teorías existentes sobre formación de galaxias. De este modo, tal como argumenta el artículo, es posible que los modelos actuales tengan que considerar procesos únicos que permitieron a ciertas galaxias masivas tempranas lograr una formación estelar tan eficiente y, por tanto, formarse muy rápidamente y en una época tan temprana en el Universo. Futuras observaciones con JWST y el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) proporcionarán más información sobre estos monstruos rojos ultramasivos y revelarán muestras más amplias de este tipo de fuentes. “A medida que profundicemos en el estudio de estas galaxias aparecerán nuevas perspectivas sobre las condiciones que dieron forma a las épocas más tempranas del Universo. Los monstruos rojos son sólo el comienzo de una nueva era en la exploración del universo primitivo”, concluye Mengyuan Xiao, investigador de la UNIGE y autor principal del estudio.
Referencia:
Massive Optically Dark Galaxies Unveiled by JWST Challenge Galaxy Formation Models. Mengyuan Xiao, Pascal Oesch, David Elbaz, L. Bing, Erica Nelson, Andrea Weibel, G. Illingworth, Pieter van Dokkum, Rohan Naidu, Emanuele Daddi, Rychard Bouwens, Jorryt Matthee, Stijn Wuyts, John Chisholm, Gabriel Brammer, Mark Dickinson, Benjamin Magnelli, Lucas Leroy, Daniel Schaerer, Thomas Herard-Demanche, Seunghwan Lim, Laia Barrufet, Ryan Endsley, Yoshinobu Fudamoto, Carlos Gómez-Guijarro, Rashmi Gottumukkala, Ivo Labbe, Daniel Magee, Danilo Marchesini, Michael Maseda, Yuxiang Qin, Naveen Reddy, Alice Shapley, Irene Shivaei, Marko Shuntov, Mauro Stefanon, Katherine Whitaker, J. Stuart Wyithe. Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08094-5
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