Un estudio del IAC sorprende a los cosmólogos: ¿y si el Big Bang en realidad ocurrió mucho antes?

Un trabajo científico, liderado por el investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) Martín López Corredoira, ha encontrado que algunas galaxias masivas muy lejanas parecen ser más antiguas que lo que predice la cosmología estándar.

El estudio, publicado en la revista The Astrophysical Journal, se basa en el análisis de datos, obtenidos recientemente por el telescopio espacial James Webb (JWST), de galaxias que existían cuando el Universo tenía solo entre un 4 y un 5 % de su edad actual según el modelo cosmológico predominante.

Los investigadores concluyen que la edad promedio de algunas de estas galaxias no sería compatible con la edad aceptada para el Universo, pero indican que se requerirán más trabajos posteriores independientes para corroborar este resultado.

Según el modelo cosmológico estándar, la edad del Universo es de unos 13.800 millones de años. Basándose en datos de muy alta resolución y sensibilidad del JWST sobre la luz que nos llega de galaxias con desplazamiento al rojo (redshift) de alrededor de 8, que existían cuando el Universo tenía unos 600 millones de años, el equipo ha estimado que estas galaxias tienen, con una probabilidad mayor al 95%, poblaciones estelares de entre 900 y 2.400 millones de años. Es decir, que sus estrellas se habrían formado varios cientos de millones de años antes del Big Bang.

El rango de edades estimado para estas galaxias se ha obtenido suponiendo que las poblaciones estelares y la extinción de la luz de las galaxias producida por el polvo puede ser modelada como en galaxias cercanas. 

Formación

El desplazamiento hacia el rojo se produce debido a la expansión del Universo, lo que hace que la longitud de onda aumente y se mueva hacia el extremo rojo del espectro electromagnético; de manera que cuanto más lejana está una galaxia, mayor es su desplazamiento al rojo o redshift.

Dada la secuencia de formación de estrellas y ensamblaje de galaxias en el modelo estándar, estas galaxias deberían ser incluso más jóvenes que unos 300 millones de años en promedio, pero esas edades quedarían excluidas según este trabajo con una probabilidad mayor del 99,97%. Una formación exótica y muy rápida de las galaxias en las primeras etapas de la vida del Universo tendría una probabilidad algo menor de ser excluida, pero es todavía difícil de conciliar con los datos.

Este estudio está relacionado con lo que se ha denominado el “problema de las galaxias increíblemente tempranas”. Para Fulvio Melia, investigador de la Universidad de Arizona y uno de los coautores del presente artículo, “el descubrimiento de galaxias bien formadas en una etapa tan temprana de la historia del Universo ha sido muy inquietante para muchos astrónomos y cosmólogos porque nadie tiene una explicación válida de cómo pudieron haberse formado”.

El astrofísico añade que “el trabajo presentado hace que la situación sea aún más desconcertante para la imagen cosmológica convencional porque utiliza nuestra comprensión científica más avanzada para mostrar que las estrellas en estas galaxias ya eran más viejas que el Universo mismo, lo cual no tiene sentido”.

Más estudios

Martín López Corredoira, investigador principal de la presente publicación, señala que este resultado puede indicar la necesidad de considerar cosmologías no estándar. “No obstante, las conclusiones del artículo son el resultado de varias aproximaciones en astrofísica estelar y modelos de extinción por polvo, por lo que deben tomarse con cautela. Es necesaria más investigación para confirmar la posible existencia de galaxias más viejas que el Universo del modelo cosmológico estándar”, afirma el astrofísico.

“En el caso de que el problema estuviera en el modelo cosmológico, esto no significaría necesariamente que no haya un Big Bang, un comienzo del Universo. No es necesario echarlo todo abajo, pero sí habría que repensar alguno de sus elementos”, añade Corredoira.

Según los autores, hay modelos cosmológicos alternativos, como el denominado “Rh=ct” o “masa activa cero”, propuesto por Fulvio Melia, que suponen un Universo en expansión con un comienzo y otras características similares al modelo estándar, pero con una expansión de ritmo constante, sin la aceleración de la expansión del Universo asociada a la energía oscura. “Con este modelo, la edad del Universo en que son observadas estas galaxias a redshift 8 sería de unos 1.500 millones de años (en vez de los 600 millones de años del modelo estándar), lo cual resolvería la cuestión. Es una de las posibles hipótesis que se abren ante este resultado”, concluye Corredoira.

Este trabajo se basa en el análisis de datos obtenidos por el JWST, operado conjuntamente por la estadounidense NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).