Susana CassinÉl, astrónomo del Instituto Científico del Telescopio Espacial, mostró imágenes de observatorios anteriores comparadas con las del Telescopio Espacial James Webb. Era como si el oftalmólogo girara la lente para que las últimas líneas del gráfico optométrico estuvieran enfocadas. «Gracias Webb, esa es una diferencia de $10 mil millones», dijo. La gente se reía y asentía.
El telescopio espacial James Webb es único por su capacidad de ver un universo joven, que se ha alejado de nosotros en el espacio y el tiempo. Sus sensores infrarrojos, su ubicación extremadamente fría en el espacio y su heliosfera (que bloquea la luz del Sol, la Luna y la Tierra) son especialmente adecuados para identificar las primeras galaxias y sus estrellas. Estos objetos son demasiado débiles y tienen longitudes de onda incorrectas para ser vistos por observatorios anteriores, como el Telescopio Espacial Hubble.
Para los astrónomos, las atmósferas son colectivas. Muchas de las presentaciones en la conferencia KITP incluyeron llamados a colaboradores y socios para compartir ideas.
“Cuando aparecieron los primeros datos, era una competencia loca. Ahora se trata de generar ideas”, dijo. Caitlin Casey De la Universidad de Texas, Austin. «Hay una enorme cantidad de datos y todo el mundo tiene suficientes».
Astrofísico Raquel SomervilleLa comunidad se está esforzando por comprender los datos del Telescopio Espacial James Webb y sus implicaciones, dijo él, quien coorganizó la reunión. Los observadores ven cosas que no se explican en las teorías actuales sobre la evolución del universo joven.
«Muchas presentaciones han demostrado que existe una tensión entre la teoría y la observación», dijo. Fabio Pacucci de la Universidad de Harvard, en un ejemplo de minimización cosmológica. Para ilustrar la confusión que sienten los astrónomos acerca de este telescopio único en la vida que está cambiando lo que sabemos sobre el universo joven, mostró una diapositiva satírica: una caricatura de un perro sentado en una mesa tomando café mientras su casa está en llamas. , subtitulado «Esto es bueno».
El más grande y brillante.
Los astrónomos siguen señalando una de las galaxias más importantes vistas hasta ahora, una mancha de luz inesperadamente brillante llamada JADES-GS-z14-0. Heinlein, de la Universidad de Arizona, forma parte del equipo que lo descubrió en colaboración con el Telescopio Espacial James Webb Distancia confirmada En mayo de 2024. Es la galaxia más antigua conocida, superando el récord anterior, que era Encontró Con el mismo equipo en 2023.
En el momento en que la galaxia se iluminó, las ondas sonoras generadas por el enorme estallido que inició el universo todavía resonaban en el vacío. Las primeras estrellas nacieron durante un catastrófico baby boom y algunas ya estaban muertas. También acechaban los núcleos oscuros de los agujeros negros, regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Y ahí estaba este cúmulo de estrellas, resuelto como un misterioso escorpión en los filtros del Telescopio Espacial James Webb. Dos instrumentos del telescopio espacial James Webb pudieron discernir el brillo de JADES-GS-z14-0 y su distancia a la Tierra. Debido a la acelerada expansión del universo, los objetos encontrados a grandes distancias datan de hace mucho tiempo. Los astrónomos pueden calcular sus edades basándose en que la luz se extiende a longitudes de onda más largas, lo que se conoce como corrimiento al rojo. Según las últimas mediciones, se ha determinado que la galaxia está ubicada en un corrimiento al rojo de 14,18, lo que significa que la vemos tal como apareció 300 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía aproximadamente el 2% de su edad actual.
Kevin Heinlein de la Universidad de Arizona es parte de un equipo que utiliza el Telescopio Espacial James Webb para encontrar y caracterizar galaxias con altos corrimientos al rojo.
Inicialmente, los astrónomos especularon que objetos tan masivos y brillantes en el universo primitivo eran inconsistentes con el modelo teórico predominante del universo. Pero la gente ha diluido esta afirmación. Nuestro mejor modelo del universo, un conjunto de ecuaciones que describen la evolución de la materia y la radiación junto con la energía y la materia oscuras, aún no está muerto.
«Había mucho entusiasmo» en los primeros días de JWST, dijo. Alicia Shapley De la Universidad de California, Los Ángeles. «No hay necesidad de eso. Los datos son tan hermosos; simplemente estudiemos el universo que tenemos».
Los astrofísicos están unidos en torno a tres teorías basadas en estrellas sobre cómo las galaxias crecen tan rápidamente. Se podría pensar que las estrellas durante el amanecer cósmico eran muy diferentes a las estrellas actuales. Por ejemplo, las estrellas en JADES-GS-z14-0 pueden ser extremadamente brillantes, pero en realidad no son muy masivas. Aunque esto parece razonable, también es difícil de abordar para los modeladores teóricos. La relación entre el brillo de una estrella y su masa es un valor fundamental que se introduce en las simulaciones por ordenador. Si este valor (conocido como función de masa inicial o FMI) fuera diferente en el universo primitivo, los investigadores tendrían que reescribir sus simulaciones para poder acomodar la FMI que cambia con el tiempo.
Pero a la naturaleza no le importan los problemas computacionales que enfrentamos, y un FMI variable es, en principio, una de las formas más plausibles de entender lo que vemos. «El FMI es realmente un castillo de naipes sobre el que construimos todo. Hay muchas razones para creer que es muy diferente con un corrimiento al rojo muy alto», dijo Casey.
Otra teoría es que las primeras galaxias ultraluminosas estaban experimentando furiosos estallidos de formación estelar. En el transcurso de 10 o 100 millones de años, el brillo de una galaxia puede cambiar en un factor de 100 a medida que la formación estelar aumenta o disminuye. Es como una vela que se convierte en un reflector en unos segundos. De manera relacionada, durante estos períodos de gran actividad, las explosiones de supernovas pueden haber hecho que las cosas parecieran más brillantes de lo que serían de otra manera.
Erica Nelson, astrofísica de la Universidad de Colorado, Boulder, es parte del equipo JADES, que utilizó el Telescopio Espacial James Webb para observar galaxias masivas y brillantes que existieron inesperadamente en las primeras etapas de la historia cósmica.
La tercera teoría indica que el proceso de formación de estrellas era más eficiente en aquella época que ahora. En una galaxia típica actual, una pequeña fracción del gas se transforma en estrellas; La Vía Láctea forma entre dos y seis estrellas del tamaño del Sol por año. Pero la pequeñez y compacidad del universo primitivo pueden haberlo convertido en una mejor fábrica de estrellas. Algunos cálculos sitúan la conversión de gas en estrella en casi el 100%, lo que significa un nacimiento estelar rápido y furioso. Pratika Dayal De la Universidad de Groningen en Holanda.
Todos estos ajustes a la teoría actual tienen efectos secundarios, como cambios en la cantidad de polvo que debería haber y misterios sobre cómo se estabilizan estos magníficos baby booms. Y ni siquiera son las únicas ideas que existen. andrea ferraraUn cosmólogo de la Scuola Normale Superiore de Pisa, Italia, mostró a sus colegas en Santa Bárbara un nuevo modelo que intenta explicar las galaxias tempranas brillantes cambiando la cantidad de polvo en su interior, que normalmente bloquea la luz de las estrellas. Su modelo suponía que el viento estelar levantaba más polvo. «Reducir la atenuación del polvo es mi hipótesis favorita, aunque estoy completamente abierto a las otras dos», dijo a la audiencia. Pero reconoció que sus cálculos podrían no sostenerse con un corrimiento al rojo de 14, lo que significa que podrían no funcionar para galaxias como JADES-GS-z14-0.
“Así que, por favor, no descubran otras galaxias”, concluyó riendo.
Grandes agujeros negros
Las teorías sobre las estrellas no son las únicas ideas. Algunos astrofísicos señalan agujeros negros supermasivos activos, que, según dicen, pueden calentar el gas circundante y hacer que galaxias como JADES-GS-z14-0 parezcan extremadamente brillantes.
En una serie de artículos publicados en mayo, el equipo JADES afirmó que la galaxia está llena de estrellas y que su brillo no puede explicarse por los agujeros negros. Pero otras galaxias tienen corazones tan oscuros. Sabemos que los agujeros negros supermasivos que pesan cientos de millones o miles de millones de soles anclan los centros de galaxias jóvenes. El telescopio espacial James Webb ve luz borrosa de muchas galaxias primitivas. indicando Y su gas también está suspendido en un agujero negro supermasivo central. ¿Cómo llegaron allí los grandes agujeros negros?
Desde que los agujeros negros fueron predichos por primera vez como resultado de la teoría de la gravedad de Albert Einstein, los astrofísicos han imaginado cómo podrían formarse a partir del colapso gravitacional interno de estrellas moribundas. Ahora saben que el universo está lleno de agujeros negros que se formaron de esta manera. Pero los cosmólogos tienen dificultades para comprender los agujeros negros supermasivos. De alguna manera, estos agujeros negros crecieron lo suficientemente grandes y rápidos como para formar las galaxias que se formaron a su alrededor. Si hubieran comenzado como estrellas colapsadas, habrían crecido a un ritmo sorprendente que desafía toda explicación física.
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