El Telescopio James Webb Descubre una Galaxia de Hace 330 Millones de Años, con un Misterio por Resolver

La asombrosa capacidad del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para explorar las profundidades del universo observable nos ofrece una ventana a cómo era nuestro universo hace miles de millones de años. La velocidad finita de la luz significa que lo que observamos en los confines del espacio también pertenece a un pasado distante, convirtiendo al JWST en una suerte de cronoviajero.

JADES-GS-z13-1. El James Webb ha detectado de nuevo la luz de una galaxia extremadamente lejana y, por ende, muy antigua. Este telescopio ha capturado la apariencia de JADES-GS-z13-1 tal como era 330 millones de años después del Big Bang. La gran distancia y antigüedad de este objeto implican un desafío: la densa naturaleza del universo en esa época debería haber evitado su detección miles de millones de años después.

El origen de la luz. El universo primitivo era un entorno oscuro. Al remontarnos en el tiempo, encontramos una era en la que la densidad del universo era tal que la luz no podía viajar libremente. Sin embargo, a medida que el cosmos se expandía y enfriaba, los fotones encontraron espacio para desplazarse, aunque inicialmente no había cuerpos que emitiesen luz.

Esto cambió cuando los átomos de hidrógeno comenzaron a unirse, formando las primeras estrellas y galaxias cuando el universo apenas contaba con unos pocos millones de años. Este proceso prolongado se conoce como reionización, un fenómeno en el cual las nubes de hidrógeno empezaron a emitir nueva luz.

A pesar de todo, la densidad del universo seguía siendo suficiente para que parte de la radiación de estas primeras galaxias quedara bloqueada por una espesa capa de hidrógeno neutro, como ocurre con la Lyman-alfa o Lyman-α.

Redshift 13. El equipo de investigación analizó el espectro luminoso de la galaxia para determinar su corrimiento al rojo o redshift. La expansión del universo provoca que, con el tiempo, la frecuencia de la luz emitida por esta galaxia se reduzca; es decir, el universo en expansión estira las ondas electromagnéticas. Esto provoca que la luz visible se desplace hacia el rojo y el infrarrojo en viajes prolongados. El grado en el cual la luz se «estira», su valor de redshift, nos ayuda a estimar la distancia de la galaxia desde la que proviene la emisión.

Gracias al instrumento NIRCam del JWST, el equipo logró estimar un valor de redshift de 12,9 (o z = 12,9) para esta galaxia. No obstante, para confirmar este dato, estudiaron el espectro completo mediante el instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) del telescopio. Resultó que habían subestimado su distancia, que era más cercana a z = 13.

Lyman-α. El análisis espectral reveló un detalle peculiar en esta galaxia, en un fragmento específico del espectro, la llamada radiación de Lyman-α, un tipo de emisión electromagnética vinculada a los átomos de hidrógeno. La intensidad observada por los instrumentos del James Webb fue mucho mayor de lo que los modelos cosmológicos actuales predecían.

Los detalles del estudio han sido publicados en un artículo de la revista Nature.

Dos hipótesis posibles. En el artículo, el equipo propone explicaciones para esta anomalía. La primera sugiere que las estrellas de la galaxia, posiblemente algunas de las primeras en el universo, pudieron haber generado una «burbuja de gas ionizado» alrededor de la galaxia.

Esta teoría implica que las estrellas primigenias pudieron haber sido «más masivas, más calientes y más luminosas» que las formadas en épocas posteriores del universo. Esto podría proporcionarnos claves sobre la enigmática Población III, que representa a estas estrellas tempranas del universo.

La segunda teoría sugiere la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de un núcleo galáctico activo.

Imagen | ESA/Webb, NASA, STScI, CSA, JADES Collaboration, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), J. Witstok, P. Jakobsen, A. Pagan (STScI), M. Zamani (ESA/Webb)