Al principio, unos 400.000 años después del Big Bang, la oscuridad estaba sobre la faz del abismo. La luz quedó atrapada dentro de los átomos y moléculas neutrales, principalmente hidrógeno, helio y una pizca de litio. Al final del Cósmico Edad Oscura, unos cientos de millones de años después, esas nubes de hidrógeno eventualmente se juntaron y colapsaron gravitacionalmente, formando las primeras estrellas y galaxias. Las reacciones nucleares comenzaron dentro de esas estrellas jóvenes, creando los primeros elementos más pesados de la historia, permitiendo que la luz escapara, la misma luz que capturó el Telescopio Espacial James Webb en su imagen de campo profundo revelada el 11 de julio.
La riqueza infinita de la imagen de campo profundo, repleta de estrellas y galaxias, que cubre una pequeña porción de cielo, cuenta la historia del universo.
Los objetos azules más grandes y brillantes con grandes picos son estrellas que están cerca de nosotros, en la Vía Láctea. Estos picos no son en realidad parte de la estrella, sino un efecto debido a los bordes afilados del espejo de panal. Estos patrones solo aparecen en las estrellas, no en las galaxias porque las estrellas son “fuentes puntuales, mientras que las galaxias son objetos extensos”, aclaró Macarena García Marin, científica de operaciones de la ESA y líder del equipo del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore.
La mayoría de los objetos de la imagen son galaxias, miles y miles de ellas, desde las blancas, grandes, en el centro, hasta los puntitos muy tenues del fondo, muchas de ellas capturadas por primera vez por Webb. Macarena expresó su asombro:
“No esperaba ver tantas galaxias. Podemos ver galaxias en cada imagen de Webb, lo cual es maravilloso; particularmente en el caso de MIRI [mid-infrared instrument], en su campo profundo, me sorprendieron los colores. Hay galaxias de todos los colores. La primera vez que lo vi dije ¡guau! todos esos colores, increible. Esos colores nos dicen la edad de las galaxias. La imagen muestra galaxias de muchos momentos del universo, galaxias muy antiguas, galaxias intermedias y el cúmulo central..”
¿Cómo ayudan los colores a los científicos a determinar la edad de una galaxia?
Una luz antigua estirada
Cuando la luz interactúa con la materia y la descomponemos en sus colores, crea patrones únicos llamados espectros, que son huellas dactilares de átomos y moléculas, lo que permite a los científicos identificar elementos y compuestos químicos sin importar dónde se encuentren en el universo. Los espectros revelan la composición de estrellas y galaxias.
Sin embargo, la luz antigua que proviene de las galaxias nos llega con su longitud de onda alargada al infrarrojo debido a la expansión del espacio-tiempo. Por lo tanto, los espectros aparecerán desplazados hacia el rojo conservando sus formas, lo que permitirá al científico calcular la edad de las galaxias.
Por ello, el James Webb lleva cuatro instrumentos de alta sensibilidad que pueden observar la radiación infrarroja, entre 0,5 micras y 28,5 micras; es decir, del infrarrojo cercano al infrarrojo medio, superando las capacidades de los telescopios Hubble y Spitzer.
Aunque Spitzer es un buen telescopio espacial cuyos instrumentos detectan luz en el infrarrojo lejano (entre 3 micrones y 160 micrones), el Webb tiene mucha más resolución y sensibilidad. “Es como tener una lupa pequeña y una lupa grande”, explicó Macarena.
La galaxia más antigua jamás vista
Entre las primeras galaxias antiguas analizadas, una de ellas ya batió el récord de las más antiguas encontradas hasta el momento. “Ya está confirmado que al menos una de esas galaxias tiene 13.100 millones de años. Los primeros estudios de campo profundo se concentrarán en identificar el tipo de galaxias y sus edades.”
Cúmulos masivos: telescopios naturales
A medida que la luz viaja a través del cosmos, se desvía y se dobla por cada objeto masivo que encuentra en su viaje. Cuando un objeto es masivo o la masa combinada de muchos objetos es lo suficientemente grande, se convierte en un lente gravitacional actuando como una lupa cósmica. Esta característica de la materia y la luz nos ayuda a observar objetos muy distantes y tenues detrás de los objetos masivos. Los cúmulos de galaxias son las lentes gravitacionales más masivas y poderosas del universo.
Para el primer campo profundo de Webb, los investigadores se centraron en el cúmulo de galaxias SMACS0723: las galaxias blancas más brillantes en el centro de la imagen. Se encuentra cerca de la constelación. Volans (El pez volador) en el cielo del sur. El cúmulo apareció hace 4.600 millones de años, aproximadamente en el momento en que se formó nuestro sistema solar.
El cúmulo de galaxias SMACS0723 es la lente gravitacional de campo profundo de Webb, que ha distorsionado y magnificado las galaxias de color naranja que rodean el cúmulo, formando arcos concéntricos como en un remolino. Algunas de esas galaxias ampliadas son copias de la misma galaxia, también un efecto creado por la lente gravitacional. “Una lente gravitatoria es un telescopio natural que amplifica naturalmente lo que hay detrás.”
Apenas hemos comenzado a saborear el poder de Webb. Los astrónomos comenzaron a disfrutar de toneladas de datos que ayudarán a desentrañar muchos misterios del cosmos, como el surgimiento de la vida, la materia oscura y la energía oscura. Investigarán nuestros planetas gaseosos gigantes vecinos y sus lunas acuosas, exoplanetas habitables, eventos violentos como galaxias en colisión o agujeros negros que devoran estrellas de neutrones, y las primeras estrellas que crearon los primeros elementos pesados para los primeros planetas rocosos.
“Todavía hay preguntas abiertas sobre el proceso de formación de galaxias, sobre los agujeros negros supermasivos en su interior. Es el típico problema del huevo y la gallina, ¿qué fue primero, el agujero negro o la galaxia? Hay muchas cosas que no entendemos sobre la formación de galaxias que Webb nos ayudará a entender.“
Sin duda, el Telescopio Espacial James Webb es un éxito que marcará el comienzo de una nueva era del conocimiento.
El científico entrevistado: Macarena García Marín, científicas operadoras de la ESA y líder del instrumento de infrarrojo medio Webb (MIRI) en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Trabaja para James Webb desde 2008 y en la ESA desde 2015.
Referencias
- Escotilla, NA (2020). El cúmulo de galaxias ilumina las edades oscuras cósmicas. Naturaleza, 57736-37.
- La visión más aguda de MIRI insinúa nuevas posibilidades para la ciencia. (2022). La Agencia Espacial Europea. Recuperado el 15 de julio de 2022, de https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/05/MIRI_s_sharper_view_hints_at_new_possibilities_for_science
- Primer campo profundo de Webb (imagen de brújula lado a lado MIRI y NIRCam). (2022). WebbTelescope.Org. Recuperado el 15 de julio de 2022, de https://webbtelescope.org/contents/media/images/2022/035/01G7DDWW7FSRX0GAP43WFZ9JNH
- Garner, R. (2022, 13 de julio). Webb de la NASA ofrece la imagen infrarroja más profunda del universo hasta el momento. NASA. Recuperado el 15 de julio de 2022, de https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2022/nasa-s-webb-delivers-deepest-infrared-image-of-universe-yet/
