De nacimientos y muertes de estrellas a viajes en el tiempo: lo que nos ha enseñado el James Webb en su primer año

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Un aperitivo en imágenes

«Hemos hecho posible lo imposible», afirmaba el pasado mes de julio Bill Nelson, administrador de la NASA, minutos antes de desvelar las primeras imágenes tomadas por el James Webb y celosamente custodiadas durante semanas. Si bien la primera de todas ellas, la foto más profunda del Universo hasta la fecha, había sido revelada un día antes por el presidente Joe Biden, el resto no decepcionaron: la nebulosa de Carina (también conocida como Eta Carinae), una enorme formación de nubes de polvo y gas donde se forman las estrellas a 7.600 años luz de distancia que incluye la 'Montaña Mística', un pináculo de tres años luz de altura.

Además, reveló la instantánea de la Nebulosa de los Ocho Estallidos, en la que estrellas centrales (hay dos) están rodeadas por ocho anillos diferentes y a partir de la cual se pudo descubrir que, en realidad, el sistema estaba formado por entre tres y cinco estrellas. Por otro lado, el Quinteto de Stephan, el primer grupo compacto de galaxias jamás descubierto y que se encuentra a unos 290 millones de años luz de distancia, en la constelación de Pegaso, se mostró con un detalle nunca antes visto. Todo sin olvidar la 'no foto': la espectroscopía -análisis de luz que revela información detallada- a un gigante planeta gaseoso llamado WASP-96 b, descubierto en 2014. A unos 1.150 años luz de la Tierra, WASP-96 b tiene cerca de la mitad de la masa de Júpiter y gira alrededor de su estrella en solo 3,4 días. El Webb mostraba pruebas de su tórrida atmósfera, mostrando además la señal inconfundible de vapor de agua.

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Viendo el pasado más lejano jamás visto

Antes del lanzamiento de Webb, la galaxia conocida más distante era una llamada GN-z11. Tiene un corrimiento al rojo de 11,1, lo que corresponde a ver la galaxia como era hace 13.400 millones de años, solo 400 millones de años después del inicio de todo. Pero nada más mostrar la primera imagen del espacio profundo, los equipos de astrónomos se pusieron a escudriñar en esos puntos que revelaban la luz de hace miles de millones de años. Los astrónomos aprovecharon los cúmulos de galaxias en primer plano como Abell 2744 que actúan como lentes gravitacionales: los objetos de gran masa, como los cúmulos de galaxias, deforman el espacio con su gravedad, creando un efecto de lupa que amplifica la luz de objetos más distantes. Los astrónomos comenzaron a encontrar manchas rojas tenues en el fondo, resultando ser las galaxias más distantes jamás vistas.

Primero fue una galaxia con un corrimiento al rojo de 12,5, llamada GLASS-z12 (GLASS es el nombre de un programa de estudio específico, «Grism Lens-Amplified Survey from Space»), cuya luz nos llega después de un viaje de 13.450 millones de años, o 350 millones de años después del Big Bang, calcularon los astrónomos.

Pronto siguieron galaxias con desplazamientos al rojo aún mayores. Una, apodada Galaxia de Maisie, se ve tal como existió solo 280 millones de años después del Big Bang, con un corrimiento al rojo de 14,3, mientras que otra, con un corrimiento al rojo de 16,7, se ve solo 250 millones de años después del Big Bang. Incluso ha habido afirmaciones de una galaxia con un sorprendente corrimiento al rojo de 20, que, de confirmarse, habría existido solo 200 millones de años después del Big Bang.

El Webb está trabajando para confirmar estos hallazgos, utilizando un segundo instrumento para dividir la luz por longitud de onda. Los astrónomos ya han confirmado una galaxia con un corrimiento al rojo de 13,2, que vemos como era cuando el universo tenía solo 325 millones de años.

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La muerte de una estrella…

Una de las imágenes más impresionantes mostradas al principio fue la de la Nebulosa de los Anillos del Sur, a 2.500 años luz de nosotros. En la foto se mostraba imponente y revelaba dos estrellas, muy juntas, en su centro: la roja, más tenue, una estrella moribunda que ha estado emitiendo anillos de gas y polvo en todas direcciones durante millones de años; a su lado, una compañera, más clara, parecía ser la responsable de estos patrones aleatorios por la que también recibía el nombre de nebulosa de los Ocho Estallidos.

Sin embargo, un equipo formado por 70 astrónomos de 66 organizaciones de Europa, América y Asia reconstruían en base a las imágenes cómo fue la explosión de esta estrella y cómo en el proceso estuvieron involucradas posiblemente al menos otras tres compañeras más, que explicarían el patrón errático del polvo estelar a su alrededor. La secuencia, habría quedado así: al principio, habría tres estrellas muy cercanas (1, 3 y 4 en la reconstrucción superior). Otra estaría relativamente cerca de este grupo (5) y habría una quinta más alejada del resto (2).

La estrella principal (1) se habría expandido a medida que envejecía, mientras sus compañeras más cercanas (3 y 4) emitían chorros de partículas. Los vientos estelares y la interacción con todas las estrellas del sistema habrían creado la particular aureola de polvo y gas que se puede apreciar, están tallando una cavidad similar a una burbuja. Las estrellas más cercanas de la principal estarían 'escondidas' por el disco de polvo frío que envuelve a la protagonista.

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… Y el nacimiento de otra

No solo estrellas moribundas ha apuntado el Webb. También recién nacidas. En concreto, este observatorio espacial ha proporcionado una de las miradas más detalladas a una protoestrella L1527, que apenas tiene 100.000 años de edad y que se puede observar aún incrustada en la nube de gas y polvo que alimenta su crecimiento. Se encuentra a unos 460 años luz de distancia en la región de formación estelar de Tauro.

En esta imagen NIRCam del telescopio espacial James Webb, la banda oscura en el cuello de la nebulosa infrarroja es un grueso disco que rodea al joven objeto estelar. Visto casi de canto y un poco más grande que nuestro Sistema Solar, el disco suministra en última instancia material a la recién nacida, al tiempo que lo oculta de la vista infrarroja directa de Webb. Sin embargo, la nebulosa en sí se ve con un detalle impresionante: iluminadas por la luz infrarroja de la protoestrella, las cavidades de la nebulosa en forma de reloj de arena se crean a medida que el material expulsado en el proceso atraviesa el medio circundante. A medida que la protoestrella gane masa, acabará convirtiéndose en una estrella completa, colapsando y encendiendo la fusión nuclear en su núcleo.

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Las imágenes icónicas, 'remasterizadas'

El Webb también ha tenido tiempo en este año de apuntar sus objetivos hacia lugares que ya habían sido retratados por el pionero telescopio espacial Hubble y cuyas imágenes nos habían dejado con la boca abierta. Y, como era de esperar, gracias al James Webb la mandíbula nos llegaba hasta el suelo del asombro. La mítica instantánea de los Pilares de la Creación, ese vivero cósmico en el que nacen las estrellas, se mostraba con una resolución y detalle nunca vistos.

Aunque las imágenes son mucho más que belleza: la visión infrarroja de Webb es capaz de penetrar a través del polvo de los pilares para obtener una mejor vista de la formación estelar que ocurre en el interior, mostrando nudos de gas molecular a punto de colapsar en estrellas nacientes. Cuando esas estrellas tienen solo unos cientos de miles de años, comienzan a lanzar chorros que erosionan los bordes de los pilares.

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¿Qué hay en la atmósfera de otros planetas?

El Webb no está construido con el objetivo de encontrar nuevos exoplanetas que existen más allá del Sistema Solar; sin embargo, sí para escudriñar la atmósfera de los más de 5.000 mundos (y subiendo) que se han encontrado hasta la fecha. Cuando un planeta pasa frente a su estrella, parte de la luz se filtra a través de la atmósfera del planeta, y las moléculas en la atmósfera pueden absorber parte de esa claridad estelar, creando líneas oscuras en el espectro de la estrella, un desglose de la luz por longitud de onda similar a un código de barras. Saber qué hay en la atmósfera de un planeta, o incluso si tiene atmósfera, puede enseñar a los astrónomos cómo se pudo haber formado y evolucionado un planeta, cuáles son sus condiciones y qué procesos químicos tienen lugar en esa atmósfera.

Los primeros resultados han sido enormemente alentadores. En agosto, los astrónomos anunciaron que Webb había realizado la primera detección confirmada de gas de dióxido de carbono en la atmósfera de un exoplaneta, concretamente en WASP-39b, que se encuentra a 700 años luz de distancia. Más tarde, en noviembre, los astrónomos publicaron un espectro más completo que muestra las líneas de absorción de elementos y moléculas en la atmósfera de WASP-39b, que incluye no solo dióxido de carbono sino también monóxido de carbono, potasio, sodio, dióxido de azufre y vapor de agua.

El espectro mostró que había mucho más oxígeno en la atmósfera del planeta que carbono, así como una gran cantidad de azufre. Los científicos creen que el azufre debe haber provenido de numerosas colisiones que experimentó WASP-39b con planetesimales más pequeños cuando se estaba formando, dándonos pistas sobre la evolución del planeta que también podría insinuar cómo se formaron los gigantes gaseosos en nuestro propio sistema solar (Júpiter, Saturno…). Además, la existencia de dióxido de azufre es el primer ejemplo de un producto de la fotoquímica en un planeta más allá del sistema solar, ya que el compuesto se forma cuando la luz ultravioleta de una estrella reacciona con las moléculas en una atmósfera planetaria.

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Mirando en nuestro vecindario

Aunque el James Webb fue diseñado para mirar más de puertas para afuera del Sistema Solar, también ha puesto su punto de mira en nuestro vecindario cósmico con sorprendentes resultados. De hecho, los astrónomos no estaban seguros de qué esperar cuando JWST apuntó a Júpiter debido a lo rápido que se mueve y lo brillante que es el planeta en comparación con las débiles galaxias distantes que el telescopio espacial suele observar. A los científicos les preocupaba que Júpiter pudiera sobrecargar los sensibles detectores del Webb o borrar las características más débiles con su resplandor. Sin embargo, los resultados fueron increíbles: las imágenes mostraron los tenues anillos de Júpiter y algunas de sus pequeñas lunas, así como las bandas atmosféricas y las auroras del planeta.

Al observar en luz infrarroja cercana y media, con la alta resolución que proporciona el espejo gigante de JWST, los astrónomos pueden mirar más profundamente en la atmósfera de Júpiter para ver qué sucede debajo de las nubes y aprender lo profundo que enraizan. El James Webb también ha tomado imágenes del lejano Neptuno (y de sus anillos), la luna Titán de Saturno y Marte.