El cosmos no está resultando exactamente como los astrónomos habían imaginado. Cuando el telescopio espacial James Webb (JWST) comenzó a mirar atrás en el tiempo, hacia las profundidades del universo, los científicos anticiparon que detectaría galaxias débiles y jóvenes: señales pequeñas y tenues de los primeros momentos de la historia cósmica.
Pero en lugar de destellos borrosos de galaxias primordiales que se unen lentamente, el JWST ha dado una sorpresa asombrosa: galaxias antiguas que son grandes, brillantes y completamente formadas. Este descubrimiento ahora está desafiando una de las teorías más aceptadas en astrofísica: una que se basa en la materia oscura invisible para explicar cómo surgieron las galaxias por primera vez en el universo joven.
Un desafío audaz a la materia oscura
Los hallazgos recientes, publicados por un equipo de la Universidad Case Western Reserve en The Astrophysical Journal, ponen en duda el modelo convencional de formación de galaxias, conocido como materia oscura fría Lambda (λ-CDM). Este modelo ha sido la columna vertebral de la cosmología durante décadas. En él se postula que la atracción gravitatoria de la materia oscura permitió que las primeras estrellas y galaxias se fusionaran a partir de una sopa suave y primordial de materia ordinaria.
“Lo que predijo la teoría de la materia oscura no es lo que vemos”, dijo Stacy McGaugh, astrofísica y profesora de la Universidad Case Western Reserve. McGaugh, escéptica desde hace mucho tiempo de la hipótesis de la materia oscura, cree que los últimos datos podrían respaldar una idea mucho menos popular: que la gravedad en sí misma puede funcionar de manera diferente en los confines más lejanos del espacio y el tiempo.
En lugar de que la materia oscura guíe la formación de las galaxias, McGaugh sugiere una teoría conocida como Dinámica Newtoniana Modificada o MOND. Según la MOND, las galaxias podrían haberse formado más rápidamente bajo un marco gravitacional diferente, uno que no requiere la existencia de materia oscura en absoluto. La evidencia del JWST, sostiene McGaugh, encaja mejor con esta teoría que con el modelo establecido.
¿Se confirma una predicción de hace un cuarto de siglo?
La teoría MOND fue propuesta por primera vez en 1983 por el físico israelí Mordehai Milgrom, pero nunca obtuvo una aceptación generalizada. A fines de la década de 1990, McGaugh y sus colegas predijeron que si la MOND estaba en lo cierto, las primeras galaxias del universo aparecerían grandes y brillantes en sus etapas más tempranas. Ahora, más de 25 años después, esa predicción parece alinearse con los datos que llegan desde el JWST.
“Los astrónomos inventaron la materia oscura para explicar cómo se pasa de un universo primitivo muy uniforme a las grandes galaxias con mucho espacio vacío entre ellas que vemos hoy”, explicó McGaugh. En el modelo de materia oscura, las galaxias se formaron gradualmente. Poco a poco, las estructuras pequeñas se fusionarían para convertirse en otras más grandes. Según esa lógica, el JWST debería haber detectado rastros débiles de estos primeros bloques de construcción. Pero eso no es lo que encontró.
“La expectativa era que cada gran galaxia que vemos en el universo cercano habría comenzado a partir de estos pequeños fragmentos”, dijo McGaugh. Sin embargo, incluso en corrimientos al rojo más altos (es decir, más lejanos en el pasado), el JWST sigue detectando galaxias completamente formadas que desafían las expectativas establecidas por el modelo de materia oscura.
Sin embargo, en el marco de la MOND, las galaxias se formaron en un estallido rápido, expandiéndose inicialmente con el crecimiento del universo, solo para colapsar hacia adentro bajo una fuerza de gravedad modificada. El estudio reciente de McGaugh, coescrito con Federico Lelli, ahora en el Observatorio Astrofísico INAF Arcetri, y James Schombert de la Universidad de Oregon, respalda esta interpretación. “Las estructuras grandes y brillantes observadas por el JWST muy temprano en el universo fueron predichas por la MOND hace más de un cuarto de siglo”, enfatizó McGaugh.
¿Qué nos depara el futuro en nuestra comprensión del universo?
Las implicaciones de esta investigación son profundas. Si la MOND sigue alineándose con los datos de observación, podría reconfigurar nuestra comprensión de la física fundamental. Sin embargo, McGaugh se muestra cauto. “Encontrar una teoría compatible con la MOND y la relatividad general sigue siendo un gran desafío”, señaló.
De hecho, esto es lo que hace que la cosmología moderna sea tan desafiante. El modelo estándar podría no explicar una observación, por lo que los científicos recurren a un modelo diferente. Encuentran que este modelo se ajusta perfectamente a la observación anómala, solo para descubrir que falla en otros casos. Por lo tanto, un modelo completo de cómo funciona el universo aún está notablemente lejos de alcanzarse.
Las revelaciones del JWST llegan en un momento en que la cosmología ya está lidiando con misterios como la energía oscura y la rápida expansión del universo. A medida que lleguen más datos del telescopio, los científicos pueden encontrarse reevaluando no solo cómo se forman las galaxias, sino también la naturaleza misma de la gravedad y las fuerzas que dieron forma a nuestro universo. De qué manera exactamente aún está por verse.
El entusiasmo de McGaugh se ve atenuado por una sensación de reivindicación. “La conclusión es: ‘Te lo dije’”, dijo en tono de broma. “Me criaron para pensar que decir eso era de mala educación, pero ese es el objetivo del método científico: hacer predicciones y luego comprobar cuáles se cumplen”.
Por ahora, los astrónomos tienen más preguntas que respuestas, mientras intentan comprender cómo las galaxias más antiguas del cosmos llegaron a brillar con tanta intensidad.
Fuente: ZME Science.
