¿Cómo se ve una galaxia recién nacida? Durante mucho tiempo, muchos astrofísicos y cosmólogos han asumido que las galaxias recién nacidas se parecerían a los orbes y a los discos en forma de araña, típicos del universo moderno. Pero según el análisis de nuevas imágenes del telescopio espacial James Webb, las galaxias bebés no eran ni óvalos ni discos. Eran bananas. O pepinillos, puros o tablas de surf – elige tu propia metáfora. Esa es la conclusión tentativa de un equipo de astrónomos que reexaminaron imágenes de unas 4.000 galaxias recién nacidas observadas por Webb en el amanecer del tiempo.
“Este es un resultado sorprendente e inesperado, aunque ya había indicios de ello con Hubble”, dijo Viraj Pandya, un becario posdoctoral de la Universidad de Columbia, refiriéndose al Telescopio Espacial Hubble. Él es el autor principal de un artículo que pronto se publicará en The Astrophysical Journal bajo el provocativo título “Galaxies Going Bananas”. El Dr. Pandya está programado para dar una charla sobre su trabajo el miércoles en una reunión de la Sociedad Americana de Astronomía en Nueva Orleans.
Si el resultado es válido, los astrónomos dicen que podría alterar profundamente su comprensión de cómo surgen y crecen las galaxias. También podría ofrecer una visión de la misteriosa naturaleza de la materia oscura, una forma desconocida e invisible de materia que, según los astrónomos, constituye una parte importante del universo y supera en peso a la materia atómica 5 a 1. La materia oscura envuelve a las galaxias y proporciona los viveros gravitacionales en los que surgen nuevas galaxias.
El resultado se basa en indicios de observaciones anteriores del telescopio Hubble que sugieren que las primeras galaxias tenían forma de pepinillo, dijo Joel Primack, astrónomo de la Universidad de California, Santa Cruz y autor del nuevo artículo.
En un correo electrónico, Alan Dressler de los Observatorios Carnegie, que no formó parte del trabajo del Dr. Pandya, calificó el resultado de “importante – creo que es importante – extremadamente importante, si es cierto.” “Mantengo cierto escepticismo sobre este resultado, dado lo difícil que es hacer tal medición”, agregó. “Especialmente para galaxias que están lejos, son pequeñas y no muy brillantes (estoy hablando de las galaxias)”.
El equipo de Pandya analizó las imágenes de galaxias en un parche de cielo más pequeño que una luna llena conocido como la Franja Extendida de Groth, que ha sido estudiado por muchos otros telescopios, incluido el telescopio Hubble. Las imágenes fueron obtenidas por una colaboración internacional llamada Cosmic Evolution Early Release Science, o CEERS survey.
Los astrónomos creen que las galaxias estaban sembradas por fluctuaciones al azar en la densidad de la materia y la energía durante el Big Bang. A medida que el espacio se expandía, las áreas más densas se retrasaban y la materia oscura se concentraba, atrayendo a la materia normal con ella. Este material eventualmente volvió a agruparse y se iluminó como estrellas y galaxias, o desapareció en agujeros negros. El telescopio Webb fue diseñado para investigar esta era formativa y misteriosa; con un espejo gigante y sensores infrarrojos, puede ver las galaxias más alejadas y, por lo tanto, más tempranas.
Dr. Pandya y sus colaboradores investigaron las formas tridimensionales de las galaxias mediante el análisis estadístico de sus proyecciones bidimensionales en el cielo. Si estas galaxias tempranas fueran bolas o discos orientados al azar en el espacio, ocasionalmente presentarían sus rostros completos, apareciendo redondas y circulares, a los telescopios.
Pero los astrónomos no ven mucho de eso. En cambio, ven muchos puros y bananas. “Consistentemente tienen un aspecto muy lineal”, dijo el Dr. Pandya, “con algunas galaxias que muestran múltiples fragmentos brillantes dispuestos como perlas en un collar.”
Estas galaxias alargadas son raras hoy en día, pero componen hasta el 80 por ciento de las galaxias de la muestra CEERS, que se remonta a unos 500 millones de años después del Big Bang. “Sus masas son tales que serían los progenitores de galaxias como la Vía Láctea”, dijo el Dr. Pandya, “lo que implica que nuestra propia galaxia puede haber pasado por una fase morfológica similar de puro/tabla de surf en el pasado”.
Evidentemente, los recién nacidos de la galaxia no comenzaron así. La razón, sospechan los astrónomos, está relacionada con las propiedades de la materia oscura, pero exactamente cuál o cómo no está claro.
La principal teoría sostiene que la materia oscura consiste en nubes de partículas subatómicas exóticas que quedaron de la explosión. La materia ordinaria, atraída por la gravedad hacia estas nubes, se condensaría y se encendería en estrellas y galaxias, según las simulaciones por computadora.
Los experimentos en laboratorios como el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN no han podido detectar o producir ninguna partícula de materia oscura fría. Recientemente, el interés se ha trasladado a otras formas propuestas de materia oscura, incluyendo una galería completa – un “sector oscuro” – de partículas “oscuras” que interactúan entre sí invisiblemente a través de “fuerzas oscuras”.
En la mezcla están los axiones, que en teoría son extremadamente ligeros y actúan más como ondas que como partículas – “materia oscura difusa”, o “materia oscura ondulatoria”, en la jerga. En las simulaciones por computadora de la formación de galaxias, estas ondas pueden interferir entre sí, produciendo estructuras filamentarias nudosas en lugar de las formas redondas predichas por la materia oscura fría.
Jeremiah Ostriker, profesor emérito de astrofísica en Princeton y ahora afiliado a Columbia, se ha centrado en la materia oscura difusa. En 1973, el Dr. Ostriker concibió la idea de materia oscura con su colega de Princeton, James Peebles. Él y otros han señalado que la materia oscura difusa dejaría su propio reflejo en los tamaños y formas de las galaxias bebés. Debido a su naturaleza ondulante, los axiones no se agruparían tan efectivamente como la materia oscura fría, por lo que les resultaría difícil producir galaxias bebés de menos de mil millones de masas solares.
Se necesitará una nueva generación de instrumentos aún más grandes para realizar observaciones de esta naturaleza. Cuando el Dr. Ostriker conoció el trabajo del Dr. Pandya, comentó que las perspectivas para la materia oscura difusa eran cada vez mejores. “Sigan con el buen trabajo”, dijo.