3 años de James Webb: recordamos los impactantes descubrimientos de este telescopio
Hace poco más de tres años, asistimos al lanzamiento del telescopio espacial James Webb (JWST), el mayor y más potente telescopio que el hombre ha enviado jamás al espacio.
Exploró nuestro sistema solar, estudió las atmósferas de planetas distantes en busca de signos de vida y sondeó las profundidades más lejanas para encontrar las primeras estrellas y galaxias formadas en el universo.
Esto es lo que JWST nos ha enseñado sobre el comienzo del universo desde su lanzamiento el 25 de diciembre de 2021 y los nuevos misterios que ha desbloqueado.
Monstruos azules aterradores
JWST superó los límites de hasta dónde podemos mirar el universo para encontrar las primeras estrellas y galaxias. Con la atmósfera de la Tierra fuera del camino, su ubicación en el espacio crea las condiciones perfectas para mirar las profundidades del cosmos con luz infrarroja.
El récord actual de galaxia más distante confirmado por JWST se remonta a una época en la que el universo tenía sólo unos 300 millones de años. Sorprendentemente, en tan poco tiempo, esta galaxia logró formar unas 400 millones de veces la masa de nuestro Sol.
Esto indica que la formación de estrellas en el universo temprano fue extremadamente eficiente y que esta galaxia no es única. Cuando las galaxias crecen, sus estrellas explotan y crean polvo. Cuanto más grande es la galaxia, más polvo tiene.
Este polvo hace que las galaxias parezcan rojas porque absorbe la luz azul. Pero aquí está el truco: JWST demostró que estas primeras galaxias son sorprendentemente brillantes, masivas y muy azules, sin ningún signo de polvo. Éste es un verdadero enigma.
Existen muchas teorías para explicar la extraña naturaleza de estas primeras galaxias. ¿Tienen estrellas enormes que simplemente colapsan debido a la gravedad sin sufrir explosiones masivas de supernovas?
¿O tienen explosiones tan grandes que todo el polvo es expulsado de la galaxia, exponiendo un núcleo azul sin polvo? Quizás el polvo se destruya debido a la intensa radiación de estas estrellas exóticas y primitivas; todavía no lo sabemos.
Química inusual en las primeras galaxias
Las primeras estrellas fueron los principales pilares de lo que finalmente se convirtió en vida. El universo comenzó sólo con hidrógeno, helio y una pequeña cantidad de litio. Todos los demás elementos, desde el calcio de nuestros huesos hasta el oxígeno del aire que respiramos, se forjaron en los núcleos de estas estrellas.
Contienen una cantidad significativa de nitrógeno, mucho más de lo que observamos en nuestro Sol, mientras que la mayoría de los demás metales están presentes en cantidades menores. Este hecho sugiere la existencia de procesos en juego en el universo temprano que todavía no comprendemos del todo.
JWST ha demostrado que nuestros modelos de cómo las estrellas impulsan la evolución química de las galaxias aún están incompletos, lo que significa que todavía no entendemos completamente las condiciones que llevaron a nuestra existencia.
Pequeñas cosas que acabaron con la edad oscura cósmica
Utilizando enormes cúmulos de galaxias como lupas gigantes, las sensibles cámaras del JWST también pueden mirar profundamente en el cosmos para encontrar las galaxias más débiles.
Fuimos más allá para encontrar el punto en el que las galaxias se vuelven tan débiles que dejan de formar estrellas. Esto nos ayuda a comprender las condiciones bajo las cuales finaliza la formación de galaxias.
JWST aún no ha encontrado este límite. Sin embargo, descubrió muchas galaxias débiles, muchas más de las predichas, que emiten más de cuatro veces los fotones energéticos (partículas de luz) que esperábamos.
El descubrimiento sugiere que estas pequeñas galaxias pueden haber desempeñado un papel crucial en el fin de la “edad oscura” cósmica poco después del Big Bang.
El misterioso caso de los puntitos rojos
Las primeras imágenes del JWST resultaron en otro descubrimiento dramático e inesperado. El universo primitivo estaba habitado por una gran cantidad de “pequeños puntos rojos”: fuentes extremadamente compactas de color rojo y de origen desconocido.
Inicialmente, se pensó que eran galaxias masivas y súper densas que no deberían ser posibles, pero las observaciones detalladas del año pasado revelaron una combinación de propiedades profundamente intrigantes y contradictorias.
El brillante gas de hidrógeno emite luz a velocidades enormes, miles de kilómetros por segundo, característica del gas que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. Este fenómeno, llamado núcleo galáctico activo, suele indicar un frenesí de alimentación en el que un agujero negro supermasivo está devorando todo el gas a su alrededor, creciendo rápidamente.
Pero estos no son los núcleos galácticos activos más comunes. Para empezar, no emiten rayos X detectables, como normalmente se esperaría. Aún más intrigante es el hecho de que parecen tener las características de poblaciones de estrellas.
¿Podrían estas galaxias ser estrellas y núcleos galácticos activos al mismo tiempo? ¿O una etapa evolutiva intermedia? Sean lo que sean, los pequeños puntos rojos probablemente nos enseñarán algo sobre el nacimiento de agujeros negros supermasivos y estrellas en las galaxias.
Las galaxias increíblemente tempranas
Además de galaxias antiguas extremadamente vivas, JWST también encontró cadáveres extremadamente muertos: galaxias del universo temprano que son reliquias de una intensa formación estelar en el amanecer cósmico.
Estos cadáveres habían sido encontrados por el Hubble y telescopios terrestres, pero sólo el JWST tenía la capacidad de diseccionar su luz para revelar cuánto tiempo llevaban muertos. Descubrió algunas galaxias extremadamente masivas (tan masivas como nuestra actual Vía Láctea o más) que se formaron en los primeros 700 millones de años de historia cósmica. Nuestros modelos actuales de formación de galaxias no pueden explicar estos objetos: son demasiado grandes y se formaron demasiado pronto.
Los cosmólogos todavía están debatiendo si los modelos se pueden adaptar (por ejemplo, tal vez la formación estelar temprana fue extremadamente eficiente) o si es necesario reconsiderar la naturaleza de la materia oscura y cómo da origen a los primeros objetos que colapsan.
JWST revelará muchos más de estos objetos durante el próximo año y estudiará los existentes con mayor detalle. Los misteriosos puntos rojos se ocultaban de nuestra vista. ¿Qué más se esconde en las profundidades del cosmos? El telescopio nos lo dirá pronto.
Referencias de la noticia:
Carniani, S., Hainline, K., D’Eugenio, F. et al. Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14. Nature (2024).
Castellano M., Napolitano L., Fontana A. JWST NIRSpec Spectroscopy of the Remarkable Bright Galaxy GHZ2/GLASS-z12 at Redshift 12.34. The Astrophysical Journal (2024).