Los seres humanos han intentado mirar hacia el origen del universo desde mucho antes de saber siquiera qué era una galaxia. Pero hasta hace poco, esa mirada era más especulación que observación. En 2022, con el despliegue del telescopio espacial James Webb (JWST), esa frontera comenzó a desdibujarse. Por primera vez, los astrónomos podían ver con nitidez lo que ocurrió cuando el cosmos apenas tenía unos cientos de millones de años. Como mirar un álbum de fotos antiguas en el que de pronto aparecen imágenes que no deberían estar ahí.
Un reciente estudio liderado por investigadores del programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) ha desvelado hallazgos sorprendentes sobre las primeras galaxias, estrellas y agujeros negros. El artículo, publicado en Nature Astronomy, no solo amplía el conocimiento del universo temprano, sino que plantea interrogantes que ponen en tensión los modelos cosmológicos actuales. “Estas observaciones nos obligan a replantearnos cuándo y cómo se formaron las primeras estructuras cósmicas”, indican los autores. El desconcierto no es exagerado: galaxias enormes, estructuras complejas y signos de actividad estelar inesperada aparecen demasiado pronto en el tiempo cósmico, cuando aún no deberían existir.
Lo que Webb ve en la oscuridad
Las imágenes del JWST han revelado cientos de galaxias que existían cuando el universo tenía menos de mil millones de años. A diferencia de los datos anteriores, ahora no se trata solo de manchas borrosas en el cielo profundo, sino de estructuras con detalles internos claros, con cúmulos, regiones de formación estelar y presencia de polvo. El telescopio ha detectado 717 galaxias con corrimientos al rojo z ≥ 6, una cifra que amplía significativamente el catálogo de galaxias tempranas.
Este descubrimiento no solo es cuantitativo, sino cualitativo. Muchas de estas galaxias muestran propiedades inesperadas: son demasiado brillantes, demasiado masivas o demasiado organizadas para haber surgido tan pronto. En palabras del artículo, “las observaciones sugieren que las primeras galaxias formaron sus estrellas de manera eficiente y rápida”. Este dato contradice las teorías que preveían un crecimiento más paulatino, marcado por una evolución jerárquica.
El desafío del polvo y la luz temprana
Uno de los elementos más desconcertantes que ha aparecido en las observaciones es la presencia de polvo interestelar en épocas muy tempranas del universo. El polvo cósmico se forma a partir de elementos pesados que, a su vez, nacen en el interior de estrellas. Para que haya polvo, debe haber habido ciclos de formación y muerte estelar, y eso requiere tiempo. Sin embargo, JWST ha detectado polvo en galaxias con z ≥ 10, es decir, cuando el universo tenía apenas 400-500 millones de años.
Según el artículo, esto indica que “la formación estelar y la evolución química comenzaron antes y fueron más intensas de lo que se pensaba”. Esto plantea dudas sobre cómo se formaron las primeras estrellas, conocidas como estrellas de población III, y si estas habrían sido más masivas o efímeras de lo que se estimaba. Además, la presencia de polvo altera el modo en que interpretamos las observaciones, ya que afecta a la luz que recibimos y puede ocultar parte del espectro visible.
Estrellas, cúmulos y agujeros negros donde no deberían estar
El telescopio también ha revelado indicios de cúmulos estelares densos y protoestructuras que podrían ser precursores de cúmulos globulares, esas agrupaciones estables de estrellas que se mantienen unidas por gravedad durante miles de millones de años. Verlos en estas etapas tan tempranas plantea nuevos escenarios sobre la formación de estructuras complejas.
Aún más llamativo es el caso de los agujeros negros supermasivos detectados en este periodo. En la etapa analizada por el estudio, algunos objetos tienen características que sugieren que están alimentando agujeros negros ya bastante grandes. Esto entra en conflicto con los modelos actuales, que no explican cómo estos objetos podrían haber crecido tanto en tan poco tiempo. Como indica el artículo, “la existencia de agujeros negros masivos a tan alta redshift representa un desafío para los modelos de acreción estándar”.
Este tipo de hallazgos ha motivado nuevas hipótesis, como la existencia de semillas de agujeros negros más masivasque las consideradas hasta ahora, o la posibilidad de que los primeros cúmulos estelares colapsaran de forma directa sin pasar por la formación de estrellas intermedias.
Lo que revelan los colores del universo primitivo
JWST no solo capta imágenes, también analiza el espectro de luz que emiten estos objetos. Esto permite determinar su composición química, su tasa de formación estelar y otras propiedades clave. En el estudio, se utilizaron filtros específicos para obtener mediciones en múltiples longitudes de onda, lo que permitió distinguir entre galaxias polvorientas y aquellas con estrellas muy jóvenes y calientes.
Gracias a estas técnicas, se ha confirmado la presencia de elementos como oxígeno, silicio y carbono, lo que implica que ya había habido generaciones anteriores de estrellas que los fabricaron. El universo ya era químicamente activo en menos de 600 millones de años, lo cual contradice la idea de un periodo prolongado dominado por gas primordial sin metales.
En algunas galaxias, se ha observado un exceso de emisión en ciertas líneas espectrales, lo que sugiere regiones de intensa formación estelar o incluso la posible influencia de núcleos galácticos activos (AGN). La distinción entre ambos procesos no es sencilla, pero sí es clave para entender cómo evolucionaron las primeras galaxias.
Más preguntas que respuestas
Lejos de ofrecer certezas, el trabajo del JWST ha abierto una nueva fase de incertidumbre. Como afirman los autores, “estos resultados requieren una reevaluación de los modelos actuales de formación y evolución galáctica”. Las observaciones no invalidan la cosmología estándar, pero sí revelan lagunas importantes en lo que se refiere a la velocidad y eficiencia con la que se formaron las primeras estructuras.
Esto no implica que todo lo que sabíamos esté equivocado. Más bien, señala que el universo fue más dinámico, complejo y activo en sus primeras etapas de lo que se asumía. Las futuras observaciones con el JWST, incluyendo espectros más detallados y mayores coberturas del cielo profundo, ayudarán a refinar estos modelos.
Mientras tanto, lo que queda es una sensación de maravilla y desconcierto. Ver galaxias maduras donde deberían estar apenas creciendo no solo cambia los libros de texto, también transforma nuestra percepción del tiempo cósmico. Lo que antes se pensaba que requería eones, quizá ocurrió en solo unos cientos de millones de años.
Referencias
Cortesía de Muy Interesante
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