Este sorprendente descubrimiento fue 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.
Los tres monstruos rojos son galaxias extremadamente masivas y polvorientas en los primeros mil millones de años tras el Big Bang.
© NASA/CSA/ESA, M. Xiao & P. A. Oesch (University of Geneva), G. Brammer (Niels Bohr Institute), Dawn JWST Archive
Los resultados indican que la formación de estrellas en el Universo primitivo era mucho más eficiente de lo que se pensaba. Estos hallazgos cuestionan los modelos existentes de formación de galaxias. El estudio se publica en Nature.
Según el modelo teórico preferido por los científicos, las galaxias se forman progresivamente dentro de vastos halos de materia oscura. Los halos de materia oscura capturan el gas (átomos y moléculas) para formar estructuras unidas por la gravedad. Por lo general, solo el 20 % de este gas se convierte en estrellas dentro de las galaxias.
Sin embargo, los nuevos descubrimientos de un equipo internacional liderado por la UNIGE y utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA ponen en duda esta visión. Revelan que las galaxias masivas del Universo primitivo podrían haber sido mucho más eficientes en la formación de estrellas que sus contrapartes más tardías, y que se desarrollaron mucho más rápidamente de lo que se pensaba hasta ahora.
Descubrimiento de los "monstruos rojos"
Las capacidades incomparables del JWST han permitido a los astrónomos estudiar las galaxias del Universo muy lejano y, por tanto, joven, obteniendo información sobre galaxias masivas y galaxias oscurecidas por polvo. Al analizar las galaxias del estudio FRESCO, los científicos comprobaron que la mayoría de las fuentes son compatibles con los modelos teóricos existentes. Sin embargo, también descubrieron tres galaxias sorprendentemente masivas, cuya masa estelar es comparable a la de la Vía Láctea actual.
Estas galaxias forman estrellas casi dos veces más eficientemente que sus contrapartes de menor masa y que las galaxias más antiguas. Debido a su alto contenido de polvo, que les da un distintivo color rojo en las imágenes del JWST, se las llamó los tres "monstruos rojos".
"Nuestros resultados redefinen nuestra comprensión de la formación de galaxias en el Universo joven", declara Mengyuan Xiao, autora principal del nuevo estudio y postdoctoranda del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. David Elbaz, director de investigación del CEA París-Saclay, añade: "Las propiedades masivas de estos 'monstruos rojos' apenas se habían determinado antes del JWST, ya que son invisibles ópticamente debido a la atenuación causada por el polvo".
Un paso importante en la observación de galaxias
El equipo internacional desarrolló un nuevo programa con el JWST para analizar sistemáticamente un conjunto completo de galaxias con líneas de emisión en los primeros mil millones de años de la historia cósmica. Este enfoque permitió al equipo obtener estimaciones precisas de la distancia y mediciones fiables de la masa estelar para todas las galaxias del conjunto.
"Nuestros resultados destacan el extraordinario poder de la espectroscopía NIRCam/grism", explica Pascal Oesch, profesor asociado del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, investigador principal de este programa de observación. "El instrumento a bordo del telescopio espacial nos permite identificar y estudiar el crecimiento de las galaxias a lo largo del tiempo y obtener una imagen más clara de cómo se acumula la masa estelar a lo largo de la historia cósmica".
Galaxias demasiado numerosas y masivas en el Universo primitivo
Aunque estos resultados no contradicen el modelo cosmológico estándar, plantean nuevas preguntas para las teorías de formación de galaxias, en particular el problema de las galaxias "demasiado numerosas y masivas" al inicio del Universo.
Los modelos actuales podrían necesitar incorporar procesos únicos que permitieron a algunas galaxias masivas tempranas alcanzar una formación estelar tan eficiente y, por lo tanto, formarse muy rápido, en una etapa temprana del Universo. Las futuras observaciones del JWST y del Atacama Large Millimeter Array (ALMA) permitirán obtener más información sobre estos "monstruos rojos" ultra-masivos y revelar muestras más amplias de estas fuentes.
"Estos resultados indican que las galaxias del Universo primitivo pudieron formar estrellas con una eficiencia inesperada. Cuando estudiemos estas galaxias con mayor detalle, ofrecerán nuevas perspectivas sobre las condiciones que moldearon las primeras épocas del Universo. Los 'monstruos rojos' son solo el comienzo de una nueva era en nuestra exploración del Universo primitivo", concluye la Dra. Mengyuan Xiao.