Cómo las miradas de JWST a través del tiempo remodelan la cosmología

BALTIMORE — El telescopio espacial James Webb cumple su promesa como máquina del tiempo. El observatorio espectacularmente sensible encuentra y confirma galaxias que están más distantes y, por lo tanto, existen antes en la historia del universo que nunca antes.

El telescopio, también conocido como JWST, ha confirmado distancias extremas a cuatro galaxias, una de las cuales establece un récord de lejanía cósmica cuando brilló hace unos 13.475 millones de años, informaron los astrónomos el 12 de diciembre a Primeros resultados científicos del JWST conferencia. Es posible que se hayan detectado docenas de otras galaxias cuando tenían solo 550 millones de años o menos después del Big Bang, lo que significa que la luz de estas galaxias viajó al menos 13.100 millones de millas de años antes de llegar al telescopio.

En conjunto, las nuevas observaciones sugieren que las galaxias se formaron antes y más rápido de lo que se pensaba. “Estamos entrando en una nueva era”, dice el astrónomo Swara Ravindranath del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore.

Esta nueva era se debe en parte a la capacidad de JWST para ver luz infrarroja muy tenue (Número de serie: 10/06/21). Para los objetos más distantes, como las primeras estrellas y galaxias, su luz visible se estira por la implacable expansión del universo en longitudes de onda infrarrojas más largas que son invisibles para los ojos humanos y algunos telescopios espaciales anteriores. Pero ahora las mediciones que antes eran imposibles de repente son fáciles con JWST, dicen los investigadores.

«JWST es el telescopio infrarrojo más poderoso jamás construido», dijo la astrofísica Jane Rigby en la conferencia. Rigby, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, es el científico del proyecto JWST. «Casi en todas las áreas, el desempeño científico es mejor de lo esperado».

Incluso en la primera imagen, publicada en julio, los astrónomos detectaron galaxias cuya luz apareció hace 13 mil millones de años o más (Número de serie: 7/11/22). Pero estas distancias eran estimaciones. Para medir distancias con precisión, los astrónomos necesitan espectros, medidas de la cantidad de luz emitida por las galaxias en muchas longitudes de onda. Estas mediciones son más lentas y más difíciles de realizar que las imágenes.

«Gracias a este glorioso telescopio, ahora estamos obteniendo espectros… de cientos de galaxias a la vez», dijo la astrónoma Emma Curtis-Lake de la Universidad de Hertfordshire en Inglaterra.

Entre estos se encuentran cuatro de las primeras galaxias jamás vistas, algunos de los cuales existieron menos de 400 millones de años después del Big Bang, informaron Curtis-Lake y sus colegas en la reunión y en un documento presentado el 8 de diciembre a arXiv.org. El equipo vio a estos poseedores de récords en un tramo de cielo que el Telescopio Espacial Hubble una vez recorrió en busca de galaxias ultra distantes (Número de serie: 3/1/10).

El poseedor del récord de distancia anterior existió hace entre 13.300 y 13.400 millones de años, unos 400 millones de años después del Big Bang (Número de serie: 28/01/20). JWST confirmó la distancia a esta galaxia y regresó con otras tres cuya luz se originó 325 millones de años después del Big Bang.

Las galaxias también son sorprendentemente prístinas, químicamente hablando, desprovistas de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio.

«No vemos eso en el universo actual», dice Ravindranath, que no participó en el nuevo descubrimiento. Esto podría significar que pocas de las estrellas de las galaxias murieron en explosiones de supernovas que esparcieron elementos pesados ​​por todo el universo, lo que sugiere que las estrellas originales de las galaxias no eran extremadamente masivas.

En otra parte del cielo, JWST vio 26 galaxias que pudo haber existido alrededor de 550 millones de años o antes después del Big Bang, informaron el astrónomo Steven Finkelstein y sus colegas en la reunión y en un documento presentado el 10 de noviembre a arXiv.org.

«A nivel emocional y visceral, mirar estas imágenes es increíble», dijo Finkelstein, de la Universidad de Texas en Austin.

El primero de ellos en ser descubierto, apodado el Maisie Galaxy después de la hija de Finkelstein, parece ser sólo 380 millones de años después del Big Bang, informaron los investigadores el 1 de diciembre en el Cartas de revistas astrofísicas. La galaxia más distante en la investigación del equipo podría ser hasta 130 millones de años anterior a Maisie. Las distancias de estas galaxias aún no se han confirmado mediante espectros, pero el equipo espera obtener estos datos en las próximas semanas.

Y las galaxias distantes detrás de un cúmulo de galaxias masivo llamado Abell 2744 también son más numerosas y están más lejos de lo esperado, dijo en la reunión el astrofísico de UCLA Guido Roberts-Borsani.

Antes de que JWST observara el cúmulo, los astrónomos predijeron que debería encontrar galaxias nulas que datan de hace 13.200 millones de años. «Pero encontramos dos», dijo Roberts-Borsani, quien informó los resultados en la reunión. «Así que algo es un poco raro». Esto podría significar que las galaxias se están formando antes y más rápido de lo esperado, dijo, aunque también podría significar que JWST simplemente estaba mirando una parte del cielo particularmente rica en galaxias.

Todas estas nuevas galaxias son emocionantes porque podrían ser responsables de hacer que el universo sea transparente a la luz visible, un proceso que los astrónomos llaman reionización (Número de serie: 12/02/22). Antes de que se encendieran las primeras estrellas, el universo estaba lleno de una densa y caliente sopa de partículas. Las primeras estrellas y galaxias bañaron el universo en luz ultravioleta, separando los electrones de los átomos de hidrógeno y permitiendo el paso de la luz hasta llegar a JWST.

Los nuevos datos, dijo Roberts-Borsani, «nos dan restricciones sobre cuándo comenzó y terminó este proceso y qué galaxias fueron las culpables de este proceso».