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Dec 01, 2023

Las galaxias en el espejo del JWST están más cerca de lo que parecen

Anuncios recientes del equipo del Telescopio Espacial James Webb (JWST) han demostrado que las galaxias en el universo temprano son mucho más avanzadas, maduras y evolucionadas de lo que deberían ser. Pero eso podría ser

Anuncios recientes del equipo del Telescopio Espacial James Webb (JWST) han demostrado que las galaxias en el universo temprano son mucho más avanzadas, maduras y evolucionadas de lo que deberían ser. Pero eso podría deberse a que hemos estado sobreestimando sistemáticamente las distancias de esas galaxias, como lo demuestra una nueva investigación.

Medir distancias en el espacio es una tarea complicada. No siempre es fácil discernir si una galaxia brillante y/o grande está relativamente cerca, o si es físicamente grande y brillante. A lo largo de décadas, los astrónomos han desarrollado una gran cantidad de técnicas para solucionar este problema. La mayoría de esas técnicas proporcionan resultados fiables con mayor precisión en el universo relativamente local. Para galaxias muy distantes, como las que apunta JWST, nos vemos obligados a utilizar métodos mucho menos precisos.

En lugar de medir directamente distancias a galaxias extremadamente distantes, los astrónomos intentan determinar sus corrimientos al rojo. Un corrimiento al rojo representa el cambio en el espectro de luz de una galaxia debido a su alejamiento de nosotros debido a la expansión del universo. Si bien es posible convertir un corrimiento al rojo en distancia, los astrónomos deben asumir un modelo cosmológico para hacerlo. En otras palabras, supongamos una cierta cantidad de energía oscura, materia oscura u otros parámetros que afectan la tasa de expansión del universo.

Entonces, los astrónomos generalmente simplemente informan del corrimiento al rojo y siguen adelante. En general, cuanto mayor es el corrimiento al rojo, más distante está una galaxia de nosotros, que es lo que realmente nos importa de todos modos.

El JWST ha podido descubrir galaxias con corrimientos al rojo de 9 a 14, que representan algunas de las galaxias más distantes jamás encontradas, flotando muy lejos en el cosmos naciente.

No importa cómo se cuente, estas galaxias se encuentran entre las primeras en aparecer en la escena cósmica. Por eso resulta desconcertante que algunas de sus estructuras parezcan sorprendentemente maduras para su corta edad. Algunas de las galaxias extremadamente distantes son grandes, contienen muchas estrellas y muchos elementos pesados ​​que requieren múltiples generaciones de estrellas para producirse.

Pero esos sorprendentes resultados se basaron en un método particular para medir el corrimiento al rojo, un método que no es tan preciso. El método, conocido como medición fotométrica del corrimiento al rojo, toma la luz de una galaxia y la clasifica en contenedores. Luego, los astrónomos comparan la luz en esos contenedores con la misma luz de las galaxias cercanas para obtener una estimación aproximada del corrimiento al rojo.

Si bien es bastante incierto, este método tiene la ventaja de ser rápido y fácil de realizar, de modo que los astrónomos pueden recopilar fácilmente una gran muestra de mediciones de corrimiento al rojo sin tener que hacer mucho trabajo adicional.

En un artículo de seguimiento presentado para publicación y que aparece en la preimpresión arXiv, un par de astrónomos compararon dos docenas de corrimientos al rojo fotométricos con los corrimientos al rojo obtenidos mediante un método más preciso: la espectroscopia. Los corrimientos al rojo espectroscópicos implican recopilar primero el espectro detallado de una galaxia y luego usarlo para medir el corrimiento al rojo. Si bien es más largo y complicado, el proceso produce mediciones de corrimiento al rojo increíblemente precisas.

Los investigadores descubrieron que en su muestra casi todos los desplazamientos al rojo fotométricos estaban sesgados para ser mayores que los espectroscópicos. En otras palabras, la estimación aproximada produjo un corrimiento al rojo que casi siempre fue mayor que el verdadero corrimiento al rojo. Para algunas galaxias la diferencia era pequeña, pero para otras era enorme. En un caso, la estimación fotométrica del corrimiento al rojo arrojó 11,5, mientras que el verdadero corrimiento al rojo fue inferior a 9. Esta es una diferencia de miles de millones de años luz.

En general, los investigadores descubrieron que los corrimientos al rojo fotométricos debían atenuarse aproximadamente en una desviación estándar. Esto significa que cuando se informaron los corrimientos al rojo fotométricos junto con sus incertidumbres, el verdadero corrimiento al rojo se encuentra cerca del extremo inferior de ese rango de incertidumbre, no en el medio, como esperaríamos con un montón de incertidumbres aleatorias.

Este no es un fenómeno nuevo, señalaron los investigadores. De hecho, es algo que el gran astrónomo Sir Arthur Eddington señaló por primera vez en 1913 en el contexto de estudios de estrellas distantes. Esperamos que las mediciones fotométricas sean imprecisas, pero de forma aleatoria; Aproximadamente la mitad de las galaxias deberían mostrar un corrimiento al rojo demasiado grande y la otra mitad demasiado bajo.

Pero dado que el JWST está investigando el universo extremadamente temprano y la primera generación de galaxias que aparecen en la escena cósmica, existen más galaxias más cerca de nosotros que más lejos. Esto significa que existen más posibilidades de que las galaxias estén sesgadas hacia arriba que hacia abajo, por lo que nuestras muestras generales tenderán a estar sesgadas.

No está claro en esta etapa cómo estas mediciones más refinadas del corrimiento al rojo cambiarán nuestra comprensión del universo temprano y, especialmente, cómo afectarán nuestra visión de esas galaxias jóvenes pero maduras. Pero este resultado muestra exactamente cómo se supone que debe funcionar la ciencia. Con el tiempo, siempre es cuidadoso, siempre verifica y siempre refina.