El telescopio Webb captura un "universo que no debería existir": agujeros negros increíblemente grandes, galaxias extrañamente brillantes, ¿la teoría del Big Bang está equivocada?

El telescopio espacial James Webb (JWST) sigue captando agujeros negros que crecen demasiado rápido, galaxias antiguas demasiado brillantes y cientos de misteriosos objetos nunca vistos llamados "puntos rojos", todos ellos en el universo temprano que la teoría no puede explicar.

(Nota previa: Atrapados en el espacio durante 9 meses: dos astronautas de la NASA finalmente regresan a casa, pero sufren secuelas y parecen diez años mayores) (Complemento de antecedentes: la NASA planea usar blockchain para almacenar datos importantes de la humanidad en la Luna: para evitar la destrucción de la Tierra)

Índice del artículo

Toggle

• Agujeros negros con masas mil millones de veces la del Sol
• Las galaxias no solo crecen demasiado rápido, sino que brillan de manera irrazonable
• Puntos rojos: "estrellas agujero negro" envueltas en gas?
• La evidencia se contradice, las teorías abundan pero no se elige

El telescopio espacial James Webb (JWST) ha estado desafiando continuamente las suposiciones básicas de la astrofísica en los últimos años: lo que ve en el universo temprano no coincide en absoluto con las teorías originales. Agujeros negros que alcanzan masas mil millones de veces la del Sol en menos de mil millones de años después del Big Bang, galaxias antiguas mucho más brillantes de lo que predicen las simulaciones, y cientos de misteriosos objetos celestes "puntos rojos" que nunca se habían observado antes del lanzamiento del JWST en 2022.

Según un informe de Quanta Magazine que entrevista a varios astrofísicos, esta confusión está dando lugar a una nueva ola de teorías que intentan explicar el "universo imposible" revelado por el telescopio espacial Webb. Tres acertijos se entrelazan, y nadie se atreve a decir qué explicación será la respuesta final.

Agujeros negros con masas mil millones de veces la del Sol

Jenny Greene, astrofísica de la Universidad de Princeton, dijo a Quanta Magazine que después del Big Bang, el universo era originalmente liso y sin características, y en apenas unos cientos de millones de años, "ya estamos viendo agujeros negros con masas mil millones de veces la del Sol en crecimiento". El tamaño de un agujero negro depende de qué tan grande sea la semilla y qué tan rápido crezca; pero el colapso de las primeras estrellas deja como máximo semillas de aproximadamente 100 masas solares, y para crecer hasta mil millones de veces en los primeros tiempos, "hay que alimentarlos a la fuerza".

En el pasado se pensaba que el crecimiento de los agujeros negros tenía un límite máximo (límite de Eddington), pero simulaciones recientes muestran que si el disco de acreción se expande de cierta manera, el gas puede superar la presión de radiación, formando una "acreción super-Eddington". En 2024, el JWST observó un agujero negro de unos 1.500 millones de años después del Big Bang, que está devorando materia a unas 40 veces el límite de Eddington.

Otra teoría sostiene que los agujeros negros más grandes no se originaron a partir de estrellas desde el principio, sino que colapsaron directamente de nubes de gas masivas, formando semillas de aproximadamente 10.000 masas solares. Greene dice: "En una computadora se pueden crear agujeros negros de colapso directo, pero no en cantidades suficientes para explicar todos los agujeros negros".

Un estudio reciente añadió nueva evidencia para el colapso directo: un punto rojo a unos 750 millones de años después del Big Bang, magnificado por lentes gravitacionales, fue identificado como un agujero negro supermasivo "desnudo", estimado en 50 millones de masas solares, sin estrellas identificables a su alrededor, lo que sugiere que podría haber nacido como una semilla gigante antes de cualquier galaxia.

Jenny Greene dice: "Claramente hay diferencias en la forma en que crecen los agujeros negros que aún no entendemos".

Las galaxias no solo crecen demasiado rápido, sino que brillan de manera irrazonable

El enigma de los agujeros negros aún no se ha resuelto, y muchas galaxias tempranas descubiertas por el JWST también son "demasiado brillantes". Rachel Somerville, científica del Instituto Flatiron, presentó las simulaciones más recientes en una conferencia en Helsingør, Dinamarca, en abril de este año: "Antes del corrimiento al rojo 15 (270 millones de años) no sucedía mucho, pero en el corrimiento al rojo 9 (550 millones de años) ya creamos una hermosa galaxia". Pero la galaxia más antigua encontrada por el JWST existe solo unos 280 millones de años después del Big Bang, mucho antes del cronograma de las simulaciones.

Los teóricos han propuesto varias explicaciones: las galaxias tempranas podrían haber sido más eficientes en convertir gas en estrellas, la formación estelar podría haber ocurrido en ráfagas intermitentes, y el entorno temprano podría haber favorecido estrellas de altísima luminosidad. Somerville sonríe amargamente: "Pasamos de tener demasiadas galaxias tempranas para explicar, a tener demasiadas teorías para explicarlas".

El instrumento MIRI reveló además que las galaxias tempranas tienen propiedades extremadamente diversas. Hakim Atek, de la Universidad de la Sorbona, dijo a Quanta Magazine: "Algunas galaxias parecen haber limpiado todo el gas y polvo, solo se ven estrellas desnudas; otras están llenas de una gran cantidad de gas".

Esto sugiere que la formación estelar podría ser un ciclo de ráfagas sucesivas, y hay otro grupo de galaxias con un contenido de nitrógeno anormalmente alto, lo que sugiere la existencia de estrellas particularmente masivas en el universo temprano.

Puntos rojos: "estrellas agujero negro" envueltas en gas?

Entre ellos, los puntos rojos podrían ser el enigma más extraño.

Charlotte Mason, astrofísica del Centro del Amanecer Cósmico (Cosmic Dawn Center) en Copenhague, está acostumbrada a usar garabatos para entender los misterios del universo. Su cuaderno está lleno de dibujos de puntos rojos. Este tipo de objetos comienzan a aparecer en abundancia aproximadamente 650 millones de años después del Big Bang, y nunca se habían observado antes.

La idea más reciente sugiere que los puntos rojos podrían ser agujeros negros envueltos en gas espeso, representando un nuevo tipo de objeto celeste: "estrellas agujero negro", donde la capa de gas densa brilla como la atmósfera de una estrella. Mason analizó el espectro de un punto rojo; teóricamente, una nube de gas densa causaría cambios específicos en parte de la luz, pero no los vio.

Ella confesó a Quanta Magazine: "¿Y ahora qué? Empezar de nuevo. Si hago que el gas sea grumoso y dibujo agujeros alrededor del agujero negro, debería obtener una señal más cercana".

La evidencia se contradice, las teorías abundan pero no se elige

Cuando los tres acertijos se juntan, la evidencia se contradice entre sí. El agujero negro que devoraba a 40 veces el límite de Eddington en 2024 respalda la teoría de "semilla pequeña + acreción super-Eddington"; pero el agujero negro "desnudo" de 50 millones de masas solares respalda la de "semilla grande + colapso directo".

En cuanto a las galaxias, la diversidad observada por MIRI también indica que no hay una única narrativa que se aplique a todas las galaxias tempranas. La opinión de Greene quizás sea la más acertada: claramente hay diferencias, no una única respuesta estándar.

La buena noticia es que las herramientas están mejorando. Somerville dice que las simulaciones numéricas "han tenido avances muy significativos" y pueden proporcionar más información para interpretar el universo de alto corrimiento al rojo; Atek menciona que, al emparejar las galaxias observadas con las mejores simulaciones equivalentes, se puede reconstruir toda la historia de formación estelar.

Más adelante, la radiación de galaxias y agujeros negros ionizó el océano de hidrógeno neutro, marcando el final de la Edad Oscura del universo; las primeras estrellas quemaron rápidamente su combustible y explotaron como supernovas, sembrando nuevos elementos como carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo y hierro, la materia prima de los planetas y la vida. Lise Christensen, astrofísica del Centro del Amanecer Cósmico, lo dice claramente: "Estamos mirando hacia atrás a lo que nos creó". Esta podría ser la primera oportunidad de la humanidad para ver de dónde venimos.