El telescopio espacial James Webb ve donde otros no pueden: su visión infrarroja atraviesa las nubes de polvo cósmico y alcanza galaxias tan lejanas que su luz tardó miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Mirar lejos en el espacio es, en ese sentido, mirar atrás en el tiempo. Sin embargo, lo que el James Webb ha visto en estas galaxias difiere de lo esperado: esas galaxias primitivas parecen tener demasiado nitrógeno, mucho más de lo esperado.
Entre las exóticas posibles explicaciones de la ciencia han pasado hipótesis como estrellas gigantescas nunca vistas, agujeros negros funcionando como catalizadores de la química galáctica o grandes cantidades de estrellas. De hecho, ese fue el tema de conversación en plena llamada telefónica mientras el astrofísico mexicano José Eduardo Méndez-Delgado esperaba en la cola del médico. Al otro lado de la línea, su colega Karla Arellano-Córdova, que estaba en Edimburgo. En esa charla informal decidieron cambiar el prisma: quizás el problema no fueran las galaxias, sino cómo las medimos.
El hallazgo. La propuesta de este equipo internacional es analizar tres señales de luz del mismo ion de oxígeno para calcular temperatura y densidad a la vez, sin partir de una para calcular la otra (la fuente de error original). El resultado: el gas era cien o mil veces más denso de lo que se asumía en esas galaxias. Con esa corrección, las galaxias resultaron ser más ricas en metales de lo que parecían y el exceso de nitrógeno se redujo drásticamente.
Por qué es importante. Primero, porque la metalicidad de una galaxia está directamente relacionada con su historia: cuantos más metales haya en su composición, más estrellas han nacido y muerto en su interior. Hasta ahora estábamos subestimando esta cifra, lo que hacía que esas galaxias primigenias parecieran muy diferentes a la nuestra y sugerían una evolución brusca y discontinua. Ahora se parecen más a lo que conocemos.
Pero es que los elementos esenciales para la vida, como el carbono, oxígeno o nitrógeno, no existían cuando nació el universo: los fabricaron las estrellas en su interior y los expandieron al morir. De ahí el interés por conocer la química de las galaxias: sirve para entender cuándo el universo tuvo los ingredientes necesarios para la vida. Con las mediciones erróneas, no sabemos si esos ingredientes estaban antes y en más lugares de los que pensábamos.
Contexto. El método estándar para conocer la composición de una galaxia lejana es analizar las líneas espectrales de su luz a partir de la densidad del gas y su temperatura. El problema está en que en esas galaxias primitivas el gas es mucho más denso de lo esperado, así que su aplicación como termómetro funciona mal. Y a partir de aquí, todo fallaba.
Las anomalías de nitrógeno aparecieron en los primeros datos científicos del telescopio espacial James Webb, como este o este. Como los resultados no encajaban con los modelos, la comunidad científica se volcó en intentar buscar explicaciones. Este paper propone dar un paso atrás: antes de interpretar la física estelar, comprobar que las medidas son correctas. Además, el Webb ahora lo permite: detecta simultáneamente líneas de oxígeno en el ultravioleta y en el óptico en galaxias tan lejanas.
Cómo lo hacen. En esencia, el truco está en elegir las señales adecuadas. Una de las líneas de luz del oxígeno, visible en el ultravioleta, tiene una propiedad especial: no se distorsiona aunque el gas sea muy denso, algo que sí pasaba con las líneas que estaban usando anteriormente. Al combinarla con otras dos señales del mismo átomo, el equipo de investigación puede calcular temperatura y densidad a la vez, como si resolvieran dos ecuaciones simultáneas e independientes. Tras emplear simulaciones estadísticas, el equipo comprobó que los resultados eran consistentes con otras mediciones independientes de las mismas galaxias.
Sí, pero. Como el equipo explica en el trabajo, su método corrige el error de densidad, pero no otros posibles errores igual de importantes: el gas de estas galaxias también tiene variaciones internas de temperatura, y eso puede sesgar los resultados de formas que este estudio no resuelve. Además, el método solo funciona bien cuando las tres señales de luz del oxígeno se detectan con claridad. En tres de las seis galaxias analizadas eso no fue posible, y los resultados son menos precisos.
El nitrógeno sigue siendo un problema. Las sobreabundancias vienen casi completamente de un ion determinado cuya emisión es extraordinariamente sensible a la temperatura: una variación de apenas el diez por ciento en ese parámetro reduciría a la mitad el nitrógeno calculado. Nadie ha medido aún esa temperatura directamente. No obstante, marca un camino a seguir antes de buscar explicaciones «exóticas»: verificar que las herramientas de medida están a la altura.
En Xataka | El James Webb lleva años detectando puntos rojos en el universo: el único problema es que no sabemos qué son
Portada | Олег Мороз
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La noticia
La composición química de las galaxias siempre ha estado llena de incógnitas. El James Webb ha dado un paso enorme para resolverlo
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Eva R. de Luis
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