El descubrimiento de objetos pequeños y brillantes en los albores del universo desconcierta a los científicos

Un descubrimiento reciente realizado por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA ha confirmado que los objetos brillantes e intensamente rojos detectados previamente en el universo temprano trastocan el pensamiento convencional sobre los orígenes y la evolución de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos.

Un equipo internacional dirigido por investigadores de Penn State, utilizando el instrumento NIRSpec a bordo del telescopio espacial James Webb como parte del estudio RUBIES, ha identificado tres objetos misteriosos en el universo temprano, entre 600 y 800 millones de años después del Big Bang, cuando el El universo era sólo el 5% del universo. Su edad actual. ellos Anunciar Descubrimiento hoy, 27 de junio en Cartas de diarios astrofísicos.

El equipo estudió mediciones espectroscópicas o la intensidad de diferentes longitudes de onda de luz emitidas por los objetos. Su análisis encontró firmas de estrellas «viejas», de cientos de millones de años, mucho más antiguas de lo esperado en un universo joven.

Los investigadores dijeron que también se sorprendieron al descubrir huellas de agujeros negros supermasivos en los mismos objetos, que estiman que son entre 100 y 1.000 veces más grandes que el agujero negro supermasivo encontrado en nuestra galaxia, la Vía Láctea. No se espera que suceda ninguna de estas cosas en los modelos actuales de crecimiento de galaxias y formación de agujeros negros supermasivos, que esperan que las galaxias y sus agujeros negros crezcan juntos a lo largo de miles de millones de años de historia cósmica.

«Hemos confirmado que estos objetos parecen estar llenos de estrellas antiguas (de cientos de millones de años) en un universo que tiene sólo entre 600 y 800 millones de años», dijo Bingjie Wang, investigador postdoctoral en Penn State y autor principal del estudio. «Estos objetos tienen el récord de las huellas más antiguas de la luz de las estrellas antiguas».

«Fue completamente inesperado encontrar estrellas antiguas en un universo tan joven. Los modelos estándar de cosmología y formación de galaxias han tenido un éxito increíble, sin embargo, estos objetos luminosos no encajan cómodamente en esas teorías».

Los investigadores descubrieron por primera vez estos objetos masivos en julio de 2022, cuando se publicó el conjunto de datos inicial de JWST. El equipo publicó un artículo de investigación en naturaleza Varios meses después, se anunció la existencia de estas cosas.

En ese momento, los investigadores sospechaban que estos objetos eran galaxias, pero continuaron su análisis tomando espectros para comprender mejor las verdaderas distancias de los objetos, así como las fuentes que alimentan su luz masiva.

Luego, los investigadores utilizaron los nuevos datos para pintar una imagen más clara de cómo son las galaxias y qué hay dentro de ellas. El equipo no solo confirmó que estos objetos eran galaxias cerca del comienzo de los tiempos, sino que también encontró evidencia de agujeros negros sorprendentemente masivos y una población de estrellas sorprendentemente antigua.

«Es muy desconcertante», dijo Joel Lyga, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor de los dos artículos. «Se puede hacer que esto encaje incómodamente con nuestro modelo actual del universo, pero sólo si evocamos algo». formaciones extrañas y increíblemente rápidas al comienzo del tiempo. Esta es, sin duda, la colección de objetos más inusual e interesante que he visto en mi carrera».

El Telescopio James Webb está equipado con sensores infrarrojos capaces de detectar la luz emitida por las estrellas y galaxias más antiguas. Lega dijo que este telescopio permite a los científicos ver lo que sucedió en el pasado hace unos 13.500 millones de años, es decir, cerca del comienzo del universo tal como lo conocemos.

Un desafío al analizar la luz antigua es que puede resultar difícil distinguir entre los tipos de objetos que pueden emitir luz. En el caso de estos primeros objetos, tienen características claras tanto de agujeros negros supermasivos como de estrellas antiguas.

Sin embargo, explicó Wang, aún no está claro cuánta luz observada proviene de cada una, lo que significa que pueden ser galaxias tempranas inesperadamente antiguas que son incluso más masivas que nuestra propia Vía Láctea, o se formaron mucho antes de lo que predicen los modelos, o más. Las galaxias de masa normal podrían tener agujeros negros «supermasivos», entre 100 y 1.000 veces más masivos que una galaxia de este tipo en la actualidad.

«Distinguir entre la luz emitida por la materia que cae en un agujero negro y la luz emitida por las estrellas en estos objetos pequeños y distantes es muy difícil», dijo Wang. «No poder notar la diferencia en el conjunto de datos actual deja mucho espacio para». interpretación de estos interesantes objetos, francamente, es «es emocionante que gran parte de este misterio siga sin resolverse».

Aparte de su inexplicable masa y edad, si parte de la luz proviene realmente de agujeros negros supermasivos, entonces tampoco son agujeros negros supermasivos ordinarios. Producen muchos más fotones ultravioleta de lo esperado, y objetos similares estudiados con otros instrumentos carecen de las características de los agujeros negros supermasivos, como el polvo caliente y la emisión brillante de rayos X. Pero quizás lo más sorprendente, dijeron los investigadores, es cuán masivos son estos objetos.

«Los agujeros negros supermasivos suelen estar asociados con galaxias», dijo Lyga. «Crecen juntos y pasan por todas sus principales experiencias de vida juntos. Pero aquí tenemos un agujero negro adulto completamente formado que vive dentro de lo que debería ser una galaxia joven. Realmente no tiene sentido, porque estas cosas deberían crecer juntas. » O al menos eso es lo que pensábamos.»

Los investigadores también quedaron desconcertados por el tamaño extremadamente pequeño de estos sistemas, que tienen sólo unos pocos cientos de años luz de diámetro, unas 1.000 veces más pequeños que nuestra galaxia, la Vía Láctea. Hay casi tantas estrellas como en nuestra Vía Láctea, con entre 10 mil millones y 1 billón de estrellas, pero existen en un volumen 1.000 veces menor que el de la Vía Láctea.

Leija explicó que si tomamos la Vía Láctea y la comprimimos al tamaño de las galaxias que encontramos, la estrella más cercana estaría aproximadamente en nuestro sistema solar. El agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, a unos 26.000 años luz de distancia, estará a sólo 26 años luz de la Tierra y podrá verse en el cielo como una columna gigante de luz.

«Estas galaxias tempranas estarán muy densas en estrellas, estrellas que deben haberse formado de una manera que nunca antes habíamos visto, en condiciones que nunca esperábamos durante un período que nunca esperábamos ver», dijo Lyga. «Por alguna razón, el universo dejó de producir objetos como estos después de sólo unos pocos miles de millones de años. Es exclusivo del universo primitivo».

Los investigadores esperan continuar con más observaciones, que, según dijeron, podrían ayudar a explicar algunos de los misterios de los objetos. Planean capturar espectros más profundos apuntando el telescopio a objetos durante largos períodos de tiempo, lo que ayudará a separar la emisión de las estrellas y un posible agujero negro supermasivo al identificar firmas de absorción específicas que pueden estar presentes en cada una.

«Hay otra manera de lograr un gran avance, y ésta es la idea correcta», afirmó Lega. «Tenemos todas estas piezas del rompecabezas, y sólo encajan si ignoramos el hecho de que algunas de ellas se rompen. Este problema se puede resolver con un golpe de genialidad que hasta ahora se nos ha escapado a nosotros, a todos nuestros colaboradores y a toda la comunidad científica. «