Instituto de Astronomía, UNAM a 20 de febrero de 2026.- Esta historia comenzó el pasado 25 de julio de 2025, en la sala de espera de una clínica del ISSSTE, mientras el Dr. José Eduardo Méndez Delgado, investigador del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (IA-UNAM) esperaba una cita médica.
Con el tiempo libre propio de una espera de esta índole, decidió hablar por teléfono con la Dra. Karla Arellano Córdova, investigadora mexicana de la Universidad de Edimburgo en Reino Unido. La conversación entre colegas giró en torno a cinco galaxias observadas con el telescopio espacial James Webb que mostraban una aparente anomalía en abundancia de nitrógeno.
Aquella larga llamada telefónica permitió plantear una posible solución a uno de los misterios del Universo que pone en tela de juicio el proceso de la formación de elementos pesados en las galaxias: ¿Por qué parecen abundar los elementos pesados, como el nitrógeno, en las primeras galaxias del Universo si se sabe que la formación de grandes cantidades de nitrógeno requiere múltiples generaciones de estrellas? Las galaxias observadas son demasiado jóvenes y la literatura indica que solo en galaxias evolucionadas se puede encontrar estas abundancias de nitrógeno.
Sabiendo que existe una correlación extremadamente estrecha entre la densidad, la temperatura y la composición química del gas en una galaxia y que, un error en los primeros parámetros se traduce inevitablemente en errores en el último, el Dr. Méndez sugirió a la Dra. Arellano explorar con un nuevo método: combinar la luz de estas galaxias en transiciones ópticas y ultravioletas del oxígeno altamente ionizado para reanalizar la distribución de densidad y temperatura del gas, antes de estimar abundancias químicas.
Pasaron los días y pusieron en práctica el nuevo método, logrando estimar densidades y temperaturas distintas de las reportadas por otros equipos internacionales que empleaban indicadores diferentes. Al adoptar estos nuevos valores, las abundancias de nitrógeno inferidas mostraron una mejor concordancia con las predicciones clásicas, reduciendo la tensión entre modelos y observaciones.
Este trabajo utiliza, exclusivamente, la emisión del oxígeno altamente ionizado para determinar de manera consistente la abundancia de elementos pesados altamente ionizados en las galaxias más jóvenes del Universo. Los resultados de este estudio fueron publicados en la prestigiosa revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
En entrevista, el Dr. Eduardo Méndez expresó: “Es difícil aplicar este método porque no siempre se cuenta con la profundidad para determinar las tres líneas de emisión que necesitamos observar, porque una está en el espectro ultravioleta y dos están en el óptico, pero afortunadamente, en algunos casos sí pudimos, y esos son los que estudiamos”.
“El oxígeno se forma muy rápido a través de procesos de explosión de supernovas tipo 2, que involucran la muerte de estrellas masivas. Este tipo de estrellas mueren muy rápido y emiten o eyectan el oxígeno de una manera rápida. En cambio, el nitrógeno tiene dos maneras de formarse, una es a través de un mecanismo primario que está relacionado con la muerte de las estrellas masivas, por lo tanto, es rápido, y otra es a través de la muerte de las estrellas de masa intermedia. Ahora bien, para que muera una estrella de masa intermedia o una estrella de masa baja, se necesita mucho tiempo. Cuando observamos que el nitrógeno, en función del oxígeno, empieza a crecer, lo interpretamos como señal de que las estrellas de masa intermedia y baja empiezan a eyectar su nitrógeno secundario, es decir, que ya pasó suficiente tiempo para que estas estrellas mueran. Las galaxias observadas con el James Webb presentan un desafío porque, aparentemente, tienen mucho nitrógeno y, en principio, son galaxias que no han tenido el suficiente tiempo para formarlo”. Es ahí donde radica uno de los grandes problemas para estudiar y entender estas galaxias. Con este método mostramos que las galaxias tienen densidades y temperaturas de gas extraordinariamente altas y complejas, lo que podría estar sesgando nuestro entendimiento del nitrógeno”, expuso Méndez.
Una galaxia es un sistema muy complejo y la luz que emite proviene de diferentes fuentes. Así lo explica el Dr. Eduardo Méndez: “La mayoría de las galaxias no son uniformes ni homogéneas, sino que tienen grumos y zonas de formación estelar. Debemos interpretar esa luz de forma muy cuidadosa. Para determinar la composición química, primero necesitamos determinar la densidad y la temperatura del gas, lo cual es un reto cuando la estructura no es homogénea”.
Este trabajo propone una nueva visión del problema del enriquecimiento temprano del nitrógeno en el Universo cosmológicamente más distante, un tema muy debatido durante los últimos años entre la comunidad científica internacional. Con las observaciones del James Webb es posible entender cómo se formaron y evolucionaron los primeros elementos del Universo, observar galaxias muy antiguas y descubrir cómo se fueron enriqueciendo en los componentes que hoy forman planetas, estrellas y, en última instancia, la vida misma.
La hipótesis funciona en galaxias cosmológicamente distantes donde se detectan, simultáneamente, las emisiones ultravioleta y óptica del oxígeno altamente ionizado; sin embargo, confirmar una solución global requiere un mayor número de observaciones, ya que por ahora la muestra es menor a una decena de objetos.
“Es un proyecto de esos que después nos dan más trabajo, pues necesitamos más datos y hacer más pruebas para determinar qué está ocurriendo. Todavía hay muchas preguntas abiertas y eso es lo más interesante del James Webb, que nos está dejando a todos con la boca abierta”, dijo el Dr. Méndez para concluir.
En el proyecto participaron, además de los doctores Méndez y Arellano, la Dra. Leticia Carigi, el Dr. Christophe Morisset y el Dr. Antonio Peimbert, todos del Instituto de Astronomía de la UNAM, así como colaboradores del Instituto de Astrofísica de Canarias, la Universidad de Heidelberg y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). La investigación fue posible gracias al apoyo económico de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (Secihti).
Enlace al artículo:
A Self-Consistent Direct Method for Chemical Abundances in High-𝑧 Galaxies with JWST
Imágenes
El poder observacional de este telescopio permite detectar las estructuras internas de galaxias espirales, revelando una intensa interacción entre la retroalimentación estelar y el medio interestelar que modela su evolución.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Lee (STScI), T. Williams (Oxford), PHANGS Team, E. Wheatley (STScI)
En esta imagen se revelan miles de galaxias a distintas distancias cosmológicas. La extraordinaria sensibilidad del telescopio permite detectar galaxias muy débiles y antiguas, algunas formadas pocos cientos de millones de años después del Big Bang, ofreciendo una visión sin precedentes de la evolución temprana del Universo.
Crédito: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Gozaliasl, A. Koekemoer, M. Franco, and the COSMOS-Web team).
Unidad de Comunicación y Cultura Científica (UC3)
Instituto de Astronomía, UNAM
Mtra. Brenda C. Arias Martín │Jefatura de UC3
Mtra. Luisa Fernanda González Arribas │Redacción
