JWST halla que las galaxias más antiguas esconden cuatro veces más masa de la que medíamos

El espectrógrafo del James Webb lee las poblaciones estelares individuales como un prisma descompone la luz de una llama. Al apuntarlo hacia una galaxia lejana y recolectar suficientes fotones, el espectro resultante codifica no solo qué tipos de estrellas están presentes, sino en qué proporciones. Esa medición siempre fue posible en teoría; a las distancias involucradas —luz que partió cuando el universo tenía menos de 1.500 millones de años— ningún telescopio lo había logrado de manera confiable. El Telescopio Espacial James Webb cambió eso.

El resultado, publicado en Nature Astronomy, es que nueve galaxias masivas del universo temprano esconden una gran población de estrellas pequeñas, tenues y de baja masa detrás del resplandor cegador de sus contrapartes gigantes. Esas estrellas ocultas añaden masa. Para al menos una galaxia, formada menos de 1.500 millones de años después del Big Bang, la masa real podría ser hasta cuatro veces mayor que cualquier estimación previa.

Esa cifra importa porque los modelos modernos de formación de galaxias ya estaban teniendo dificultades para explicar estos objetos. Ahora tienen que explicarlos con cuatro veces más masa.

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Cómo el espectrógrafo lee lo que telescopios anteriores no podían

Las estrellas vienen en una amplia gama de masas, desde gigantes brillantes y de vida corta hasta enanas pequeñas, tenues y longevas. En cualquier galaxia, la proporción de estrellas grandes respecto a las pequeñas —llamada función de masa inicial— determina cuánta masa está atrapada en estrellas tenues, demasiado débiles para ser detectadas individualmente a distancias cosmológicas.

Hasta ahora, los astrónomos que trabajaban con galaxias tempranas tenían que asumir que la función de masa inicial era más o menos como la observada en la Vía Láctea actual: una mezcla bien calibrada. La suposición no era irrazonable. Simplemente no se podía comprobar.

El instrumento NIRSpec del JWST —su espectrógrafo de infrarrojo cercano— captura la luz combinada de una galaxia entera y la descompone con una precisión que ningún observatorio anterior podía igualar a estas distancias. La técnica consiste en identificar diferencias sutiles en las características de absorción espectral propias de estrellas de baja masa, rasgos que normalmente se ahogan en el resplandor de sus compañeras más luminosas. El equipo combinó los espectros del JWST con datos adicionales del Very Large Telescope para restringir sus modelos.

“Mediciones como estas simplemente no eran posibles hasta hace poco”, dijo Martje Slob, coautor del estudio. “Necesitábamos no solo un telescopio capaz de recolectar suficiente luz, sino también espectros de calidad excepcionalmente alta y nuevas técnicas de análisis. Solo entonces pudimos distinguir de manera confiable las características sutiles de las estrellas pequeñas de la luz de estrellas mucho más brillantes”.

El estudio examinó nueve galaxias masivas inactivas —aquellas que ya habían completado su fase principal de formación estelar— usando este enfoque. En todos los casos, la función de masa inicial era más pronunciada que la estándar de la Vía Láctea. Más estrellas pequeñas. Mucha más masa.

El problema de las galaxias imposibles se vuelve más difícil

La tensión entre lo que predicen los modelos de formación de galaxias y lo que los telescopios han observado en el universo temprano es uno de los acertijos más discutidos de la cosmología moderna. Según el modelo estándar de formación de estructuras cósmicas, los primeros mil millones de años no deberían haber producido galaxias tan grandes y gravitacionalmente asentadas como las que el JWST viene encontrando desde 2022.

Esas galaxias ya eran difíciles de explicar. Este estudio las hace aún más difíciles.

La autora principal, Chloe Cheng, de la Universidad de Leiden, ofreció una analogía: “Si una galaxia fuera una ciudad, las estrellas más brillantes serían los rascacielos que se ven de lejos inmediatamente. Nuestros modelos muestran que detrás de las estrellas más brillantes hay una población mucho mayor de estrellas pequeñas, como casas entre los rascacielos. Esto significa que la galaxia en su conjunto es mucho más masiva de lo que sugerían las estimaciones anteriores”.

Las estimaciones de masa previas para galaxias masivas tempranas se basaban en fotometría —brillo total— calibrada con supuestos sobre las poblaciones estelares. La espectroscopía es una lectura más directa, aunque requiere mucho más tiempo de telescopio y sensibilidad. Las nuevas estimaciones sugieren que el enfoque fotométrico subestimó sistemáticamente, en algunos casos por un factor de cuatro.

Lo que las estrellas ocultas podrían cambiar más allá de la cosmología

Mariska Kriek, autora principal del estudio y profesora de la Universidad de Leiden, señaló una implicación que va más allá de las masas galácticas: “Las estrellas pequeñas suelen tener planetas orbitándolas, así que si hubo muchas más estrellas pequeñas en el universo temprano de lo que pensábamente, también podría haber habido más planetas”.

Las estrellas de baja masa —enanas rojas y estrellas de tipo K— son los anfitriones más comunes de planetas rocosos en el universo actual. Si las galaxias masivas más tempranas contenían una proporción mucho mayor de estas estrellas de lo que se suponía, el universo temprano pudo haber sido un lugar más poblado de planetas de lo que el modelo estándar ha permitido. El alcance de esa implicación dependería de cuán extendido resulte este sesgo estelar en la población de galaxias del universo temprano.

Lo que el estudio no resuelve

La muestra es de nueve galaxias. Ese número es función del tiempo de observación y la capacidad actual del telescopio, no un censo completo. El estudio demuestra que el enfoque funciona y que el efecto es real —la función de masa inicial en estos sistemas tempranos tiene predominio de estrellas de baja masa. Si eso se cumple en cientos o miles de galaxias masivas tempranas, y en qué medida, queda por medirse.

El estudio tampoco aborda el mecanismo. Por qué las galaxias masivas más tempranas formaron proporcionalmente más estrellas de baja masa que las galaxias actuales es una pregunta abierta. Puede estar relacionado con diferentes metalicidades del gas, temperaturas o turbulencias en el universo temprano —cada una de esas posibilidades tendría implicaciones distintas para los modelos de formación de galaxias. La medición espectral acota el qué; el por qué aún requiere más datos y teoría.

Preguntas frecuentes sobre la masa de las galaxias tempranas

¿Cómo pesan los astrónomos una galaxia que no pueden ver por dentro? Leyendo su luz. El espectro de una galaxia codifica qué tipos de estrellas contiene y en qué proporciones. Las estrellas brillantes dominan la apariencia visual, pero aportan menos masa total que la población de estrellas tenues de baja masa. La espectroscopía permite medir la fracción de masa atrapada en estrellas débiles, lo que cambia la estimación de masa total.

¿Qué es la función de masa inicial? Describe la distribución de masas estelares cuando se forma una población de estrellas. Una función con predominio de estrellas masivas produce más estrellas luminosas y de gran masa; una función con predominio de estrellas de baja masa produce proporcionalmente más estrellas pequeñas y tenues. La función no es fija —puede variar según el tipo de galaxia, la edad y el entorno. Este estudio encontró que las galaxias masivas tempranas tienen una función de masa inicial con más estrellas de baja masa que la Vía Láctea.

¿Son realmente galaxias “imposibles”? No literalmente imposibles, pero desafían las predicciones del modelo estándar sobre qué tan rápido pueden ensamblarse estructuras grandes en el universo temprano. El modelo Lambda-CDM estándar permite la formación de galaxias, pero la tasa a la que predice que se formen galaxias masivas asentadas es más lenta de lo que las observaciones han encontrado. Cada revisión al alza de la masa agudiza esa tensión.

¿Podrían las estrellas ocultas albergar planetas? Las estrellas de baja masa son los anfitriones más comunes de planetas. Si las galaxias más tempranas albergaron muchas más de ellas de lo que se suponía, el universo temprano pudo haber contenido más sistemas planetarios de lo que predicen los modelos estándar. El estudio no hace afirmaciones sobre habitabilidad; la implicación es estadística y depende de cuán extendida resulte la función de masa inicial con predominio de estrellas de baja masa.

El equipo de Leiden está ampliando su análisis espectral a una muestra más grande de galaxias del universo temprano utilizando programas de observación del JWST ya programados. Cuando llegue ese catálogo ampliado, las estimaciones de masa revisadas permitirán una prueba más definitiva de si la distribución estelar con predominio de estrellas de baja masa es típica de las galaxias masivas tempranas o se limita a una clase particular de ellas. Los modelos cosmológicos que ya tienen dificultades para explicar estas galaxias con sus masas estimadas actuales se enfrentarán entonces a un conjunto de datos mucho mayor.

Referencia: Cheng et al., “Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions”, Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02932-4

Etiquetas: James Webb Space Telescope, JWST, astronomy, early universe, galaxy formation, initial mass function

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