La nueva afición entre los astrónomos profesionales es buscar candidatos a galaxias de alto z (desplazamiento al rojo) en las imágenes del telescopio espacial James Webb. Ya se han publicado decenas de artículos en arXiv con candidatos a galaxias, algunos con hasta z > 16, incluso z ~ 20, en la imagen de SMACS J0723-73 (que si fueran galaxias estarían siendo observadas cuando el universo tenía entre 250 y 180 millones de años). Nunca nadie soñó con galaxias con z > 16 observadas por el Webb (se esperaba que su límite fuera z ~ 15). Pero hay que tener mucho cuidado con estas noticias, pues afirmaciones extraordinarias requieren evidencia extraordinarias. El desplazamiento al rojo de estas galaxias ha sido estimado por el método fotómetrico, que aprovecha que el corte de Lyman (Lyman Break) a 912 Å para estas galaxias se desplaza desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. El Webb tiene seis filtros en el infrarrojo; estas galaxias se observan en los tres filtros de mayor longitud de onda, pero no se observan en los tres de menor longitud de onda. Por supuesto, para confirmar su naturaleza galáctica habrá que recurrir al método espectrométrico (ya está planificado que el Webb determine los espectros de estas galaxias). Hasta su confirmación solo estamos ante candidatos a galaxias.

Como bien sabes el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Estas primeras galaxias formadas cuando el universo tenía unos cientos de millones de años están dominadas por el hidrógeno. La luz con una longitud de onda menor de λ = 912 Å = 0.0912 μm tiene energía suficiente para ionizar el átomo de hidrógeno; por ello toda la luz con menor longitud de onda será absorbida y en el espectro de una de etas galaxias solo se observará la luz por encima de dicha longitud de onda. El corte de Lyman para una galaxia cercana está en el ultravioleta, pero una galaxia con un desplazamiento al rojo z estará desplazado a (1+z) λ; gracias a ello, para galaxias de alto z está en el visible y para galaxias de ultraalto z llega hasta el infrarrojo. Nadie esperaba observar galaxias con z > 16 imposibles de observar con los tres primeros filtros del Webb.

Me gustaría destacar que estos candidatos a galaxias lejanas podrían ser galaxias mucho más cercanas, pequeñas galaxias de luminosidad ultrabaja envueltas en grandes nubes moleculares que solo permiten su observación en el infrarrojo medio. O incluso podrían ser estrellas cercanas envueltas en grandes nubes de polvo interestelar que impiden verlas en el visible o en el infrarrojo cercano. También podrían ser objetos o fenómenos más exóticos. Hay que recordar que la astronomía en el infrarrojo medio aún nos reserva muchas sorpresas (siendo uno de los objetivos del Webb desvelarlas). Afirmar que son galaxias cuando aún no disponemos de sus espectros de alta resolución para confirmarlo es arriesgado.

La imagen que abre esta pieza es de Haojing Yan, Zhiyuan Ma, …, Adi Zitrin, «First Batch of Candidate Galaxies at Redshifts 11 to 20 Revealed by the James Webb Space Telescope Early Release Observations,» submitted to Nature, arXiv:2207.11558 [astro-ph.GA] (23 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.11558; también recomiendo Ivo Labbe, Pieter van Dokkum, …, Mauro Stefanon, «A very early onset of massive galaxy formation,» Submitted to Nature, arXiv:2207.12446 [astro-ph.GA] (25 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.12446; Hakim Atek, Marko Shuntov, …, Stéphane Charlot, «Revealing Galaxy Candidates out to z∼16 with JWST Observations of the Lensing Cluster SMACS0723,» submitted to MNRAS, arXiv:2207.12338 [astro-ph.GA] (25 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.12338; C. T. Donnan, D. J. McLeod, …, T. Targett, «The evolution of the galaxy UV luminosity function at redshifts z ~ 8-15 from deep JWST and ground-based near-infrared imaging,» submitted to MNRAS, arXiv:2207.12356 [astro-ph.GA] (25 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.12356; Steven L. Finkelstein et al., and The CEERS Team, «A Long Time Ago in a Galaxy Far, Far Away: A Candidate z ∼ 14 Galaxy in Early JWST CEERS Imaging,» Submitted to ApJ, arXiv:2207.12474 [astro-ph.GA] (25 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.12474; Takahiro Morishita, Massimo Stiavelli, «Physical characterization of F090W-dropout galaxies in the Webb’s First Deep Field SMACS J0723.3-7323,» Submitted to ApJ, arXiv:2207.11671 [astro-ph.GA] (24 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.11671; entre muchísimos más.

Muchos blogs y medios también se han hecho eco de estos candidatos a galaxias, como Phil Plait, «Did JWST find the modst distant galaxy ever seen? Maaaaaybe. GLASSz13 may be — MAY be — the most distant galaxy ever detected,» SyFy, 26 Jul 2022; Peter Coles, «Now a Galaxy at z>16?» In The Dark, 26 Jul 2022; entre otros.

Esta figura del artículo de Yan et al. (que de forma muy optimista ha sido enviado a Nature, donde seguro que será rechazado) muestra las imágenes del Webb a partir de las cuales se ha obtenido la primera imagen de esta pieza. Como puedes ver, las imágenes que se disponen de estos candidatos galaxias son realmente pobres. Realmente lo que se ve en las imágenes de estas galaxias son solo unos pocos píxeles. A la vista de esta imagen no queda otra que esperar ansiosamente a la publicación de lo espectros obtenidos por el Webb, que confirmarán o refutarán su naturaleza galáctica.

Esta figura de Mike Boylan-Kolchin @MBKplus, publicada en Twitter, resume lo que sabemos de los nuevos candidatos a galaxias de ultraalto z, con 14 < z < 20, caso de que se confirmaran (obviamente). La curva negra indica la relación entre el desplazamiento al rojo y su época tras el inicio del universo (en miles de millones de años), o su distancia hasta nosotros en la actualidad (en miles de millones de años luz). Por ejemplo, una galaxia con z  ~ 20 se observa ahora como era cuando el universo tenía unos 180 millones de años, estando ahora mismo a una distancia de 35 851 miles de millones de años luz.

Realmente es fascinante que podamos observar galaxias tan lejanas con el Webb (si se confirma que son galaxias). En algunos foros se está afirmando que estas galaxias contradicen las predicciones del modelo cosmológico. Pero hay que tener cuidado con estas afirmaciones. Los datos del amanecer cósmico de EDGES (LCMF, 01 Mar 2018) ya apuntaban a que las primeras estrellas se habrían formado a los 180 millones de años tras el inicio, rodeadas de un gas de hidrógeno enfriado más de lo esperado. Desde entonces se han mejorado mucho los modelos de evolución de las primeras estrellas y de las primeras galaxias con lo que ya no resulta difícil explicar su existencia en épocas tan tempranas en el contexto del modelo cosmológico de consenso. Por supuesto, la caracterización de las primeras galaxias gracias a los espectros de alta resolución del Webb tendrá que ser acomodada a estos modelos. Pero, en mi opinión de inexperto en los detalles, no parece difícil salvar el modelo cosmológico de consenso.