El James Webb encuentra galaxias a solo 350 millones de años del Big Bang

Hace solo unas semanas, los datos obtenidos con el Webb ya presentaron varias candidatas a estar entre las primeras galaxias del Universo y ahora, gracias a nuevas observaciones espectroscópicas, han podido confirmarse sin lugar a dudas. Las observaciones del telescopio espacial son tan detalladas que los investigadores no solo han conseguido determinar la distancia a la que se encuentran de nosotros, sino que también han podido inferir algunas de sus características.

«Resultaba crucial -explica Emma Curtis-Lake, de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido y coautora de la investigación- demostrar que estas galaxias habitan realmente en el Universo primitivo. Puede suceder que galaxias más cercanas se hagan pasar por otras muy distantes, pero ver el espectro tal y como lo esperábamos, confirmando que estas galaxias están en el borde mismo de lo que es posible ver, algunas más lejos de lo que había detectado el Hubble, supone un logro tremendamente emocionante para la misión«.

Las observaciones fueron llevadas a cabo por los mismos científicos que dirigieron el desarrollo de dos de los principales instrumentos a bordo del Webb, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec), especialmente concebidos para poder observar las galaxias más débiles y lejanas. En 2015, esos investigadores se unieron para proponer el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un ambicioso programa al que se le ha asignado más de un mes del tiempo del telescopio repartido en dos años, y que está diseñado para proporcionar una vista sin precedentes del Universo primitivo, tanto en profundidad como en detalle. Hoy, JADES es una colaboración internacional de más de 80 astrónomos de diez países diferentes.

«Estos resultados -asegura Marcia Rieke, investigadora principal del instrumento NIRCam y coautora del trabajo- son la culminación de por qué los equipos de NIRCam y NIRSpec se unieron para ejecutar este programa de observación».

La primera ronda de observaciones de JADES se centró en el área dentro y alrededor del campo ultraprofundo del telescopio espacial Hubble. Durante más de 20 años, esta pequeña porción de cielo ha sido el objetivo de casi todos los grandes telescopios, creando un conjunto de datos excepcionalmente sensible que abarca todo el espectro electromagnético. Y ahora Webb ha añadido sus capacidades únicas, proporcionando las imágenes más nítidas obtenidas hasta ahora de esa lejanísima región de Universo.

El programa empezó usando más de 10 días del tiempo de observación asignado para observar el campo en nueve colores infrarrojos diferentes, lo que dio lugar a una serie de exquisitas imágenes del cielo. La región fotografiada aparece 15 veces más grande que las imágenes infrarrojas más profundas producidas por el telescopio espacial Hubble, y es también más profunda y nítida. La imagen, en la que se observan casi 100.000 galaxias, cada una capturada en algún momento de su historia, muestra cada galaxia individual de forma similar a cómo aparecería en una foto un ser humano a casi dos km de distancia.

«Por primera vez -dice por su parte el coautor Brant Robertson, de la Universidad de California Santa Cruz- hemos descubierto galaxias a solo 350 millones de años después del Big Bang, y podemos estar absolutamente seguros de sus fantásticas distancias. Encontrar estas primeras galaxias en imágenes tan asombrosamente hermosas es una experiencia especial«.

En las imágenes, las galaxias del Universo primitivo se pueden distinguir por un aspecto especialmente revelador en sus colores. La longitud de onda de la luz, en efecto, se estira a medida que el Universo se expande, volviéndose más roja, y resulta que la luz de estas galaxias más jóvenes se ha estirado en un factor de hasta 14.

Una vez identificadas las mejores candidatas, los investigadores pasaron a utilizar, en una nueva observación de tres días, el instrumento NIRSpec. De esta forma, el equipo recolectó la luz de 250 galaxias débiles, lo que permitió a los astrónomos estudiar los patrones impresos en el espectro por los átomos de cada galaxia. Esto produjo una medición precisa del corrimiento al rojo de cada galaxia y reveló las propiedades del gas y las estrellas de cada una de ellas. «Estos son, con mucho, los espectros infrarrojos más débiles jamás tomados -afirma por su parte el astrónomo Stefano Carniani otro de los autores de la investigación-. Revelan lo que esperábamos ver: una medición precisa de la longitud de onda de corte de la luz debido a la dispersión del hidrógeno intergaláctico«.

Cuatro de las galaxias estudiadas resultaron ser particularmente especiales, ya que se encontraban en una época temprana a la que nunca antes se había conseguido llegar. Los resultados proporcionaron una confirmación espectroscópica de que estas cuatro galaxias tienen desplazamientos al rojo superiores a 10, incluidas dos con un desplazamiento al rojo de 13. Lo cual corresponde a una época en que el Universo tenía aproximadamente 350 millones de años y establece una nueva frontera en la búsqueda de galaxias remotas. Debido a su enorme distancia, estas galaxias son extremadamente débiles, pero aún así los astrónomos pudieron explorar sus propiedades, gracias a la exquisita sensibilidad de Webb.

«Es difícil entender las galaxias sin comprender los períodos iniciales de su desarrollo -dice Sandro Tacchella, de la Universidad de Cambridge-. Al igual que con los humanos, gran parte de lo que sucede después depende del impacto de estas primeras generaciones de estrellas. Tantas preguntas sobre las galaxias han estado esperando la oportunidad transformadora de Webb, y estamos encantados de poder participar en la revelación de esta historia«.

El programa JADES continuará en 2023 con un estudio detallado de otra porción de Universo, también explorada antes por el Hubble. Allí, muchas más galaxias candidatas esperan la investigación espectroscópica para confirmar su distancia. Para ello ya han sido aprobadas cientos de horas adicionales de uso del telescopio.