La composición química de las galaxias siempre ha estado llena de incógnitas. James Webb ha dado un gran paso para solucionarlo – El diario andino

El telescopio espacial James Webb ve donde otros no pueden: su visión infrarroja atraviesa nubes de polvo cósmico y llega a galaxias tan lejanas que su luz tardó miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Mirar al espacio es, en ese sentido, mirar hacia atrás en el tiempo. Sin embargo, lo que James Webb ha visto en estas galaxias difiere de lo que se esperaba: estas galaxias primitivas parecen tener demasiado nitrógeno, mucho más de lo esperado.

Entre las exóticas posibles explicaciones de la ciencia han pasado hipótesis como estrellas gigantes nunca antes vistas, agujeros negros funcionando como catalizadores de la química galáctica o grandes cantidades de estrellas. De hecho, ese fue el tema de conversación en medio de una llamada telefónica mientras el astrofísico mexicano José Eduardo Méndez-Delgado esperaba en la fila al médico. Al otro lado de la línea, su colega Karla Arellano-Córdova, quien se encontraba en Edimburgo. En esa charla informal decidieron cambiar el prisma: quizás el problema no fueran las galaxias, sino cómo las medimos.

el descubrimiento. El propuesta de este equipo internacional consiste en analizar tres señales luminosas del mismo ion de oxígeno para calcular la temperatura y la densidad al mismo tiempo, sin partir de una para calcular la otra (la fuente original de error). El resultado: el gas era cien o mil veces más denso de lo que se suponía 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 hay en su composición, más estrellas han nacido y muerto en su interior. Hasta ahora estábamos subestimando esta cifra, lo que hacía que aquellas galaxias primitivas parecieran muy diferentes de la nuestra y sugería una evolución marcada y discontinua. Ahora se parecen más a lo que conocemos.

Pero los elementos esenciales para la vida, como el carbono, el oxígeno o el nitrógeno, no existían cuando nació el universo: fueron fabricados por las estrellas en su interior y se expandieron cuando murieron. De ahí el interés por conocer la química de las galaxias: ayuda a comprender cuándo el universo tenía los ingredientes necesarios para la vida. Con medidas incorrectas, no sabemos si esos ingredientes estaban ahí antes y en más lugares de lo que pensábamos.

Contexto. El método estándar para conocer la composición de una galaxia lejana es analizar las líneas espectrales de su luz en función de la densidad del gas y su temperatura. El problema es que en estas galaxias primitivas el gas es mucho más denso de lo esperado, por lo que su aplicación como termómetro funciona mal. Y a partir de aquí todo fracasó.

Las anomalías del nitrógeno aparecieron en los primeros datos científicos del telescopio espacial James Webb, como este cualquiera este. Como los resultados no se ajustaban a los modelos, la comunidad científica se lanzó a intentar encontrar explicaciones. Este artículo propone dar un paso atrás: antes de interpretar la física estelar, comprobar que las mediciones son correctas. Además, el Webb ahora lo permite: detecta simultáneamente líneas de oxígeno en el ultravioleta y en el óptico en galaxias tan distantes.

Cómo lo hacen. En esencia, el truco consiste en elegir las señales correctas. Una de las líneas de luz del oxígeno, visible en ultravioleta, tiene una propiedad especial: no se distorsiona incluso si el gas es muy denso, algo que ocurría con las líneas que utilizaban anteriormente. Combinándola con otras dos señales del mismo átomo, el equipo investigador puede calcular la temperatura y la densidad al mismo tiempo, como si estuvieran resolviendo dos ecuaciones simultáneas e independientes. Utilizando simulaciones estadísticas, el equipo descubrió que los resultados eran consistentes con otras mediciones independientes de las mismas galaxias.

Sí, pero. Como explica el equipo en el trabajo, su método corrige el error de densidad, pero no otros posibles errores igualmente importantes: el gas de estas galaxias también tiene variaciones de temperatura interna, y eso puede sesgar los resultados de formas que este estudio no resuelve. Además, el método sólo funciona bien cuando se detectan claramente las tres señales luminosas del oxígeno. En tres de las seis galaxias analizadas esto no fue posible y los resultados son menos precisos.

El nitrógeno sigue siendo un problema. Las sobreabundancias provienen casi en su totalidad de un ion concreto cuya emisión es extraordinariamente sensible a la temperatura: una variación de sólo un diez por ciento en ese parámetro reduciría a la mitad el nitrógeno calculado. Nadie ha medido todavía esa temperatura directamente. Sin embargo, señala un camino a seguir antes de buscar explicaciones «exóticas»: verificar que las herramientas de medición estén a la altura.

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Portada | Oleg Moroz