Editorial NexoScience
Antes de que el Webb despegara, el récord de galaxia más lejana con corrimiento al rojo confirmado por espectroscopía llevaba años atascado en torno a z ≈ 8, y cada paso más allá costaba casi una década de trabajo. Esa frontera está ahora en z = 14,32, y un equipo acaba de detectar esa misma galaxia, JADES-GS-z14-0, en luz infrarroja media con el instrumento MIRI del telescopio. La complicación es que el mismo conjunto de medidas admite dos retratos muy distintos del objeto, y uno de ellos no encaja en ningún modelo actual sobre cómo se construyeron las primeras galaxias.
La detección exigió casi un día entero mirando fijamente un solo trozo de cielo. Las observaciones acumularon unas 23,8 horas de integración sobre la fuente a una longitud de onda observada de 7,7 μm, entre las exposiciones más profundas jamás realizadas en el infrarrojo medio. La galaxia es insólitamente brillante para su distancia, con una magnitud absoluta ultravioleta en reposo de unos −20,81, y está a solo 0,4 segundos de arco de una galaxia de primer plano, así que ambas tuvieron que separarse exposición a exposición mediante ajuste detallado de modelos. El resultado fue una densidad de flujo de 74,4 ± 5,6 nanojanskys a 7,7 μm frente a 46,9 ± 0,6 nanojanskys a 4,4 μm, un exceso de 27,5 ± 5,6 nanojanskys que hay que explicar.
Ese brillo sobrante procede con toda probabilidad del oxígeno y el hidrógeno encendidos dentro de la galaxia. A z = 14,32, el filtro de 7,7 μm muestrea longitudes de onda en reposo de unos 4.400 a 5.700 Å, justo donde caen la línea Hβ y el doblete [O III]λλ4959, 5007. El modelado indica que al menos un tercio del exceso, y posiblemente todo él, procede de esas líneas nebulares y no de la luz estelar. De ser así, esta galaxia ya había fabricado y repartido metales por su gas unos 280 millones de años después del Big Bang. El cociente de líneas [O III]/Hβ deducido ronda 2,5, bastante por debajo del valor típico de unos 6 medido en galaxias a z ≈ 8, lo que apunta a un gas enriquecido pero todavía notablemente pobre en metales.
El ajuste conservador dibuja una galaxia joven de unos quinientos millones de soles. Modelada con el código BAGPIPES, JADES-GS-z14-0 alberga una masa estelar cercana a 500 millones de masas solares, casi una décima parte de la Vía Láctea actual, comprimida en un radio de media luz de apenas 260 pársecs. Su edad estelar ponderada por masa sale en torno a 15 millones de años, su tasa de formación estelar en unas 25 masas solares al año y la anchura equivalente combinada de [O III] y Hβ en unos 370 Å. Concentrada en ese radio, la formación estelar rivaliza con los estallidos más violentos conocidos del universo cercano. Todos esos valores son compatibles con lo que las simulaciones cosmológicas esperan en la frontera del corrimiento al rojo.
El segundo ajuste convierte al objeto en algo que el universo no debería haber montado todavía. Procesada con el código Prospector, la misma fotometría prefiere estrellas más viejas y prácticamente nada de polvo, y atribuye el exceso a 7,7 μm a un salto de Balmer intenso producido por estrellas evolucionadas, no a líneas de emisión. Esa solución exige una masa estelar cercana a 2.500 millones de masas solares, casi un orden de magnitud por encima del valor de BAGPIPES y solo unas tres veces por debajo de la masa de halo máxima que el emparejamiento de abundancias permite a esas épocas. Peor aún, sitúa el grueso de la formación estelar en z ≈ 18 a 20, con edades ponderadas por masa de 80 a 100 millones de años y sin formación estelar reciente alguna, algo que choca con el comportamiento a ráfagas que se espera de las galaxias primitivas.
Ninguna simulación cosmológica fabrica una galaxia así en ese instante de la historia del cosmos. Las simulaciones FLARES predicen que las galaxias por encima de unos mil millones de masas solares solo aparecen por debajo de z = 14, y las que superan unos tres mil millones solo por debajo de z = 13. Los proyectos IllustrisTNG y THESAN aprietan todavía más el límite y colocan las galaxias de más de mil millones de masas solares solo por debajo de z = 12. Los autores escriben que, si las propiedades de Prospector fueran correctas, tendrían implicaciones radicales para los modelos de evolución galáctica en el universo temprano, porque ninguna simulación predice nada tan masivo en la frontera observable, y mucho menos en el z ≈ 18 a 20 en que esas estrellas habrían nacido.
Los autores toman partido sin cerrar el caso. Consideran más probable la solución de BAGPIPES, porque concuerda con las predicciones teóricas y porque una función inicial de masas sesgada hacia estrellas pesadas, plausible en un universo tan joven y tan pobre en metales, debilitaría el salto de Balmer y recortaría las masas deducidas hasta en un factor de tres. También atribuyen la discrepancia entre ambos códigos a sus distintas librerías estelares, trazas evolutivas e isócronas, no a los datos. Pero dejan escrito con toda claridad que ninguna de las dos soluciones puede rechazarse de manera formal. Zanjarlo exigirá espectroscopía profunda de seguimiento con el espectrómetro de baja resolución de MIRI, midiendo Hβ, [O III] y Hα directamente en lugar de deducirlos de un único filtro de banda ancha.
Fuente: «Photometric detection at 7.7 μm of a galaxy beyond redshift 14 with JWST/MIRI», de Helton et al., publicado en Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-025-02503-z.
