Las ráfagas de formación estelar explican el misterioro brillo del amanecer cósmico

Las primeras imágenes que obtuvo el telescopio espacial James Webb (JWST) de las primeras galaxias del Universo mostraron unas galaxias demasiado brillantes, masivas y maduras para haberse formado poco después del Big Bang.

Para entenderlo, era algo así como si un bebé se convirtiera en adulto en sólo un par de años, algo tan asombroso que algunos físicos llegaron a cuestionar el modelo estándar de la cosmología y a preguntarse si no habría que darle la vuelta por completo.

Ahora, gracias a nuevas simulaciones, un equipo de astrofísicos dirigido por la Universidad Northwestern (Illinois, Estados Unidos) ha descubierto que es probable que estas galaxias no sean tan masivas.

Sus hallazgos, publicados este martes en The Astrophysical Journal Letters, explican que las galaxias menos masivas pueden brillar tanto o más que las que tienen mucha masa debido a unos estallidos irregulares y brillantes que se producen durante la formación de sus estrellas.

Y esto no sólo explica por qué las galaxias jóvenes parecen engañosamente masivas, sino que además encaja en el modelo estándar de la cosmología.

Formación de las galaxias

El amanecer cósmico, un periodo que duró desde unos 100 millones de años hasta 1.000 millones de años después del Big Bang, está marcado por la formación de las primeras estrellas y galaxias del universo.

Antes de que el JWST se lanzara al espacio, los astrónomos sabían muy poco sobre este antiguo periodo de tiempo.

"El JWST nos ha aportado muchos conocimientos sobre el amanecer cósmico", explica Guochao Sun, investigadora del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinar en Astrofísica de Northwestern.

"Antes del JWST, la mayor parte de nuestros conocimientos sobre el universo primitivo eran especulaciones basadas en datos procedentes de muy pocas fuentes", comenta la investigadora.

Ahora, con el enorme aumento de la potencia de observación, "podemos ver detalles físicos sobre las galaxias y utilizar esa sólida evidencia observacional para estudiar la física y entender lo que está sucediendo."

En el nuevo estudio, Sun, Faucher-Giguère y su equipo utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para modelizar cómo se formaron las galaxias justo después del Big Bang.

Esas simulaciones produjeron galaxias del amanecer cósmico tan brillantes como las observadas por el JWST.

Las simulaciones forman parte del proyecto Feedback of Relativistic Environments (FIRE), cofundado por Faucher-Giguère con el Instituto de Tecnología de California, la Universidad de Princeton y la Universidad de California en San Diego.

Estas simulaciones, que combinan teoría astrofísica y algoritmos avanzados para modelizar la formación de galaxias, permiten estudiar cómo se forman, crecen y cambian de forma las galaxias, teniendo en cuenta la energía, la masa, el momento y los elementos químicos que devuelven las estrellas.

Cuando Sun, Faucher-Giguère y su equipo ejecutaron las simulaciones para modelizar las primeras galaxias formadas en el amanecer cósmico, descubrieron que las estrellas se formaban en ráfagas, siguiendo un patrón alterno: primero se formaban muchas a la vez, después muy pocas en varios millones de años y, a continuación, muchas estrellas de nuevo.

"La formación estelar explosiva es especialmente común en galaxias de baja masa", pero todavía no se sabe por qué ocurre esto, apunta el profesor asociado de Física y Astronomía de Northwestern Claude-André Faucher-Giguère.

"Creemos que se forma una ráfaga de estrellas y, unos millones de años después, esas estrellas explotan como supernovas. El gas es expulsado y vuelve a caer para formar nuevas estrellas, impulsando el ciclo de formación estelar", apunta el científico.

Las simulaciones también fueron capaces de producir la misma abundancia de galaxias brillantes que reveló el JWST, es decir, que el número de galaxias brillantes predichas por las simulaciones coincidió con el número de galaxias brillantes observadas.

Aunque otros astrofísicos han planteado la hipótesis de que la formación estelar explosiva podría ser responsable del brillo inusual de las galaxias en el amanecer cósmico, los investigadores de Northwestern son los primeros en utilizar simulaciones informáticas detalladas para demostrar que es posible.