Desde el principio hasta el final de 2021, el telescopio espacial James Webb (inglés: James Webb Space Telescope, JWST) echó un vistazo a algunas de las primeras épocas cósmicas. Los cosmólogos pueden mirar hacia atrás con él cuando se hayan creado las primeras galaxias. Y ahora se ha observado fuentes extremadamente distantes que originalmente emitieron radiación ultravioleta. De hecho, no habría habido estrellas en esta época.
Hay nueve nuevas fuentes de radiación que se han observado por primera vez con el JWST. Seis de ellos muestran un cambio rojo cosmológico de Z = 17 en adelante y tres tienen uno Z-El también sé 25. Esto corresponde a las épocas cuando el universo tenía solo 200-10 millones de años. «Estos son los datos que provienen de fuentes que están muchas veces lejos de otros que han sido observados con el JWST para toda la misión», explica Pablo G. Pérez-González, astrofísico del Centro de Astrobiología de Madrid. Es el autor principal de una publicación en la que se informan los resultados y que se adoptó para la publicación en la «revista astrofísica».
«Si confirmamos que realmente se encuentran en estas rondas rojas, el universo era mucho, mucho más activo en los primeros 200 millones de años de los que pensaban», agregó Pérez-González.
Si se aplican las condiciones, los objetos que acaban de ver se expanden no solo la secuencia temporal del desarrollo de la galaxis a un período muy anterior; También estoy en contradicción directa con los mejores modelos cosmológicos de investigadores que describen el comienzo del desarrollo de las estrellas durante el amanecer cósmico (anochecer). Por esta razón, otro grupo de astrónomos ha establecido una hipótesis que debería tener sentido para este enigmático descubierto: sugieren que los agujeros negros primordiales que se crearon inmediatamente después del Big Bang pueden haber iluminado el universo frente a las primeras estrellas. Su documento de preimpresión ha sido aceptado para la publicación en la revista »Astronomía y Astrofisics«.
«Si las estrellas no son posibles como fuentes de radiación que vemos aquí, algo más debe crear la luz», dice Andrea Ferrara, astrofísica en la escuela normal (SNS) en Pisa, Italia y co -autor del primer estudio. «Esos solo pueden ser agujeros negros primordiales».
En otras palabras, es posible que los primeros objetos que sumergieron el universo temprano de la luz no fueran estrellas, sino los hambrientos agujeros negros que se crearon solo unos pocos segundos después del Big Bang. La palabra «primordial» significa «primordial».
El problema con las primeras galaxias
Cuanto más miramos nuestros horizontes cósmicos, miramos más profundamente en el pasado. Y desde que se extiende el universo, la longitud de onda de la radiación ultravioleta se ha movido de fuentes extremadamente distantes al rango infrarrojo del espectro electromagnético. Este fenómeno se llama cambio rojo cosmológico en la astrofísica. Cuanto mayor es el giro rojo Z – Un número sin tamaño – de un objeto distante es, cuanto más pueda mirar hacia atrás en el tiempo.
Antes de las observaciones de JWST, el cambio rojo más alto confirmado en una galaxia, que fue observada por astrónomos y astrónomos, era un Z = 9 Cuando el universo era segundo de 600 a 500 millones de años. En los primeros años después de su partida, el JWST pasó la mayor parte de su tiempo para confirmar las galaxias ya identificadas que se habían observado con el telescopio espacial Hubble (inglés: telescopio espacial Hubble, HST).
Variables como la concentración de materia oscura, una fuente invisible de gravedad que excede la materia visible en el universo en relación con aproximadamente seis a uno, así como las condiciones requeridas para el desarrollo de las estrellas proporcionan indicaciones científicas para la determinación de un programa aproximado para el desarrollo de galaxias en el universo inicial. Pero después del verano de 2022, cuando el JWST comenzó a descubrir a los candidatos de la galaxia de épocas anteriores, los investigadores notaron que algo andaba mal.
«El JWST encuentra demasiadas galaxias demasiado grandes en el universo demasiado temprano», dice la astrofísica Allison Kirkpatrick de la Universidad de Kansas, que se especializa en el desarrollo de galaxias y no ha estado involucrada en los nuevos estudios.
Hasta ahora, las galaxias confirmadas más antiguas, observadas por el JWST, han estado en un movimiento rojo de Z = 14 Cuando el universo tenía solo 300 millones de años. «Entonces la idea era ir más allá de esto hasta el giro rojo de Z = 15 E incluso más tarde, buscando las primeras galaxias que se hayan creado «, explica Pérez-González.
La relación de su equipo sobre nueve objetos nuevos con cambios rojos aún más altos aún no se ha confirmado. Para determinar si los objetos están realmente distantes como parece, los astrónomos deben desmontar su radiación en función de las longitudes de onda, que se llama espectroscopía.
Basado en los datos registrados con la cámara Nircam cercana a Infarot, Pérez-González y su equipo identificaron a los nuevos candidatos de Galaxy de un grupo de más de 80,000. Después de que los científicos habían asumido una región celestial con varios filtros de radiación durante más de 100 horas, pudieron identificar las galaxias con un brillo diferente y los candidatos más prometedores para observaciones más seleccionadas. Otro objetivo significa que es menos probable que la muestra se distorsione antes de mirar más de cerca los objetos remotos más interesantes.
Las galaxias sospechosas que Pérez-González y su equipo encontraron brillantemente brillantemente en el área UV del espectro, ejecutivamente con radiación típica de las estrellas de masas. Sin embargo, el problema con este escenario es que los modelos de desarrollo de la galaxia tienen dificultades para crear estrellas en las primeras etapas de desarrollo en el universo. Se puede dudar de que hubo suficiente tiempo para que el enfriamiento del gas en este contexto se recolectara en las nubes, que a su vez eran lo suficientemente grandes como para colapsar debido a la gravedad de la primera generación de estrellas.
«Las galaxias no podían formarse rápidamente porque el gas estaba muy caliente en el primer universo y, por lo tanto, no podía colapsar. En cambio, las estructuras de la materia oscura crecieron primero y la enorme gravedad llevó al gas en el centro, donde se crearon las primeras estrellas y las galaxias. Todo tomó tiempo, más tiempo de 100 millones de años»Allison Kirkpatrick, astrofísico
Agujeros negros desde el principio
Para evitar este problema, Ferrara y su equipo sugieren que los agujeros negros primordiales, una cierta población temprana de agujeros negros que pueden haberse creado en los primeros segundos después del Big Bang, devoraron el gas en el primer universo. Esta orgía de feed podría haber liberado la radiación que ahora estamos demostrando con el JWST antes de que surjan las primeras estrellas. Los agujeros negros, no las estrellas, podrían haber sido las primeras fuentes de luz importantes en el primer universo.
Por lo general, los agujeros negros se presentan cuando las estrellas ricas en colapso de masas después de que han salido del combustible o si una gran nube de gas colapsa directamente, se evita la fase estelar. Sin embargo, los agujeros negros primordiales son diferentes. «Suponemos que los agujeros negros primordiales se han formado menos de un segundo a cinco segundos después del Big Bang», explica Ferrara. «Básicamente, siempre han estado allí, desde el principio».
Estos agujeros negros inicialmente comenzaron pequeños, «no más grandes que un átomo», explica Kirkpatrick. Según la doctrina común, se supone que el universo estaba sujeto a una rápida expansión dentro del primer segundo de su origen, llamada inflación. La habitación ha aumentado en 35 órdenes de magnitud, que corresponden a la extensión de un átomo al tamaño del sistema solar. «Esto tiene muchas consecuencias, incluido el desarrollo de agujeros negros muy pequeños», explica Kirkpatrick. Aunque estos agujeros negros eran inicialmente pequeños, podrían inflarse al sol después de 100 millones de años, Ferrara y su equipo sospechan.
Cuando el gas se acerca a un agujero negro, se calienta a temperaturas ligeras y este material sobrecalentado emite radiación. Desde lejos, puede parecer similar a la atmósfera de una estrella. Por lo tanto, según los datos de observación actuales, es casi imposible distinguir si los agujeros negros o las estrellas primordiales explican las fuentes de radiación. Pero puede haber otras pistas.
Una forma de distinguir si estas fuentes de luz son agujeros negros primordiales o estrellas de la primera generación sería un vistazo al tamaño de las galaxias. Si parecen más puncosos, la variante con el agujero negro tiene más sentido, porque un enorme agujero negro sigue siendo pequeño que una galaxia entera. Sin embargo, si las fuentes de luz parecen generalizadas y extensas, probablemente sean más estrellas.
«Así que medimos las dimensiones y algunos candidatos son, según nuestro mejor conocimiento, los datos que tenemos, pero no todos. Algunos de ellos se extienden. Quizás el 30 por ciento de ellos está de acuerdo con la aparición de un agujero negro primordial», explica Pérez-González.
Actualmente, los datos no permiten una conclusión final. Dado que los agujeros negros primordiales han existido hipotéticamente desde el comienzo del universo, también debe dejar rastros en el modelo de radiación cósmica de microondas (inglés: fondo de microondas cósmico, CMB). El fondo de microondas es una instantánea del universo, ya que parecía 380,000 años después del Big Bang. «Nuestras tarjetas CMB todavía están demasiado borrosas para reconocer los detalles de la estructura fina que pueden haber dejado agujeros negros primordiales», admite Ferrara.
La situación aún no se ha decidido. Sin embargo, la posible presencia de agujeros negros primordiales podría explicar otro rompecabezas cosmológico: la existencia de agujeros negros extremadamente masivos en los centros de las galaxias en las primeras épocas. »Todavía no hemos mostrado cómo se han formado los primeros agujeros negros extremadamente enormes, y esto podría ser una forma. Ayudaría a resolver algunas de las tensiones entre las observaciones de JWST y los modelos cosmológicos de la teoría «, dice Kirkpatrick.
«Estas observaciones son difíciles y llevamos el JWST a sus límites», explica Ferrara. «Tenemos que tener cuidado, porque estas galaxias pueden resultar contaminantes o galaxias con un cambio rojo más bajo o algo más». Pero si estas misteriosas balizas negras ponen las primeras estrellas a la sombra, es una pregunta que pronto podríamos tener una respuesta.
