Un reciente descubrimiento realizado por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA ha revolucionado nuestra comprensión del universo temprano. Objetos luminosos y de color rojo intenso, detectados previamente en el universo primitivo, han puesto en duda las teorías actuales sobre los orígenes y la evolución de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos.
Un equipo internacional de científicos, liderado por investigadores de Penn State, utilizó el instrumento NIRSpec a bordo del JWST como parte del sondeo RUBIES. Identificaron tres objetos misteriosos en el universo primitivo, datados entre 600 y 800 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía apenas el 5% de su edad actual. Este notable descubrimiento fue anunciado el 27 de junio en la revista Astrophysical Journal Letters.
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El equipo estudió la intensidad de diferentes longitudes de onda de la luz emitida por estos objetos. Los análisis espectrales revelaron firmas de estrellas antiguas, de cientos de millones de años, mucho más viejas de lo que se esperaba encontrar en un universo tan joven. Además, los científicos se sorprendieron al descubrir señales de enormes agujeros negros supermasivos en los mismos objetos, con masas estimadas entre 100 y 1,000 veces mayores que el agujero negro supermasivo de nuestra propia Vía Láctea.
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Estas características son desconcertantes para los modelos actuales de crecimiento de galaxias y formación de agujeros negros supermasivos, los cuales sugieren que las galaxias y sus agujeros negros deben crecer juntos a lo largo de miles de millones de años de historia cósmica.
"Hemos confirmado que estos objetos parecen estar repletos de estrellas antiguas en un universo que tiene sólo entre 600 y 800 millones de años. Sorprendentemente, estos objetos tienen el récord de las primeras señales de luz estelar antigua", afirmó Bingjie Wang, investigador postdoctoral en Penn State y autor principal del artículo.
Los investigadores detectaron por primera vez estos objetos masivos en julio de 2022, cuando el JWST publicó su conjunto inicial de datos. Tras sospechar que los objetos eran galaxias, el equipo amplió su análisis tomando espectros para comprender mejor las distancias reales y las fuentes de su inmensa luminosidad.
Utilizando nuevos datos, los investigadores confirmaron que estos objetos eran efectivamente galaxias formadas cerca del comienzo de los tiempos. Además, encontraron evidencia de agujeros negros supermasivos sorprendentemente grandes y una población de estrellas increíblemente antigua.
"Es muy confuso... puedes hacer que esto encaje de manera incómoda en nuestro modelo actual del universo, pero sólo si evocamos una formación exótica e increíblemente rápida al principio de los tiempos", comentó Joel Leja, profesor adjunto de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor de ambos artículos.
El JWST, equipado con instrumentos de detección de infrarrojos, permite a los científicos retroceder en el tiempo unos 13,500 millones de años, hasta el comienzo del universo. Sin embargo, uno de los desafíos del análisis de la luz antigua es diferenciar entre los tipos de objetos que podrían haber emitido esa luz. En el caso de estos objetos primitivos, presentan características tanto de agujeros negros supermasivos como de estrellas antiguas. No obstante, aún no está claro qué proporción de la luz observada proviene de cada uno de ellos.
Misterios por resolver
"Distinguir entre la luz del material que cae en un agujero negro y la luz emitida por las estrellas en estos objetos diminutos y distantes es un desafío... Esa incapacidad para distinguir la diferencia en el conjunto de datos actual deja un amplio margen para la interpretación de estos objetos intrigantes.", explicó Wang.
Si parte de la luz proviene de agujeros negros supermasivos, entonces tampoco son agujeros negros comunes, ya que producen muchos más fotones ultravioleta de lo esperado y carecen de las firmas típicas como el polvo caliente y la emisión brillante de rayos X.
Además, los investigadores quedaron perplejos por el tamaño increíblemente pequeño de estos sistemas, apenas de unos pocos cientos de años luz de diámetro, aproximadamente 1,000 veces más pequeños que nuestra propia Vía Láctea. Las estrellas contenidas en estos sistemas son tan numerosas como las de la Vía Láctea, pero están concentradas en un volumen mucho menor.
Los científicos planean realizar más observaciones para desentrañar estos misterios. Esperan obtener espectros más profundos apuntando el telescopio a los objetos durante períodos prolongados, lo que podría ayudar a diferenciar la emisión de las estrellas y de los agujeros negros supermasivos.
"Hemos descubierto piezas del rompecabezas que solo encajan si ignoramos el hecho de que algunas de ellas están rotas. Este problema es susceptible de un golpe de genialidad que hasta ahora se nos ha escapado a nosotros, a todos nuestros colaboradores y a toda la comunidad científica", concluyó Leja.
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