El James Webb lo vuelve a hacer: observa galaxias cada vez más cerca del Big Bang

En esta ocasión, James Webb ha detectado la tenue luz de una remotísima galaxia que ya existía apenas 280 millones de años después del Big Bang, es decir, en un Universo que, con menos del 2% de su edad actual, prácticamente acababa de nacer. Bautizada como MoM-z14, se trata de la galaxia más antigua y lejana jamás observada por el hombre. El estudio, que ha sido remitido a la revista 'Open Journal of Astrophysics' y que puede consultarse ya en el servidor de prepublicaciones 'arXiv', ha sido dirigido por Rohan Naidu, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

La capacidad de James Webb para ver tan lejos se basa en el gran tamaño de su espejo y en la enorme sensibilidad de unos sensores de infrarrojos que, sencillamente, no existían aún en los telescopios anteriores. El mítico Telescopio Espacial Hubble, por ejemplo, que también fue revolucionario en su momento, sólo podía ver la luz en el infrarrojo cercano, y su espejo de 2,4 metros de diámetro, (frente a los 6,5 metros del de James Webb) no era lo suficientemente grande para penetrar tan profundamente en el tiempo. Por eso, 'sólo' logró identificar una única galaxia a menos de 500 millones de años del origen del Universo. Y el no menos legendario Telescopio Espacial Spitzer, que además fue diseñado específicamente para la observación infrarroja, tenía un espejo aún más pequeño, de solo 85 centímetros, lo que limitaba aún más su capacidad de profundizar en el tiempo cósmico.

Averiguar cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias es uno de los principales objetivos científicos del JWST. Y hay que reconocer que, en esta tarea, el telescopio no ha defraudado. En julio de 2022, en efecto, apenas unas semanas después de comenzar sus observaciones científicas, ya había encontrado una sorprendente abundancia de galaxias brillantes y tan lejanas que desafiaban a la teoría establecida.

«Esta población inesperada -escriben los autores en su estudio- ha electrificado a la comunidad científica y planteado preguntas fundamentales sobre la formación de galaxias en los primeros 500 millones de años del Universo». Desde el principio, el James Webb ha empujado cada vez un poco más nuestro horizonte de observación, y esta última detección de MoM-z14 demuestra, según los investigadores, que aún podría no haber alcanzado su límite.

Desde que inició sus operaciones científicas, el JWST ha ido descubriendo una serie de galaxias cada vez más distantes y antiguas. JADES-GS-z14-0, detectada el año pasado, ostentaba el récord anterior, a una distancia de 290-300 millones de años luz del Big Bang (es decir, a unos 13.400 millones de años luz de la Tierra). Pero ahora, MoM-z14 lo ha superado en cerca de 20 millones de años, dado que ya existía apenas 280 millones de años después del origen del Universo.

El descubrimiento de MoM-z14, que forma parte de un estudio más general llamado 'Mirage or Miracle' (Espejismo o Milagro), ha resultado ser particularmente sorprendente porque los astrónomos esperaban encontrar muy pocas galaxias a una distancia tan grande. Es como encontrar un bosque frondoso en un lugar donde solo se esperaban ver unos pocos arbustos dispersos.

El examen espectroscópico de MoM-z14 ha revelado resultados fascinantes sobre el origen de las galaxias. Las observaciones, de hecho, indican que la mayor parte de la luz de la galaxia proviene de las estrellas, y no de un núcleo galáctico activo (AGN), que son los núcleos brillantes de las galaxias impulsados por agujeros negros supermasivos que están engullendo materia. Y eso, a su vez, sugiere que MoM-z14 probablemente alberga estrellas supermasivas extremadamente luminosas, algo que algunas teorías ya predecían para el Universo temprano.

Además, la relación nitrógeno-carbono de la galaxia es más alta que la observada en nuestro propio Sol. Su composición química se asemeja más bien a la de los antiguos cúmulos globulares que orbitan nuestra Vía Láctea. Lo cual implica que las estrellas en MoM-z14 y las de los cúmulos globulares cercanos se formaron en entornos similares, con procesos de nucleosíntesis y contaminación de metales (elementos más pesados que el helio) similares por parte de estrellas anteriores. En otras palabras, la 'receta' con la que se formaron estas estrellas antiguas es sorprendentemente parecida a la actual, a pesar de las vastas distancias en el tiempo y el espacio.

«Dado que este patrón de abundancia también es común entre las estrellas más antiguas nacidas en la Vía Láctea -escriben los investigadores-, podemos estar presenciando directamente la formación de tales estrellas en densos cúmulos, conectando la evolución galáctica a lo largo de todo el barrido del tiempo cósmico».

Parece haber dos tipos principales de morfologías para estas galaxias tan brillantes y antiguas: 'puntuales' (pequeñas y compactas) y 'extendidas' (más grandes y difusas). La relación entre sus morfologías y su química es otro vínculo potencial en la evolución galáctica. A medida que el JWST ha ido encontrando más galaxias brillantes antiguas, se ha hecho evidente una clase de objetos que son fuertes emisores de nitrógeno, incluidos los luminosos 'Little Red Dots' (Pequeños Puntos Rojos). MoM-z14 podría ser, incluso, uno de los objetos más ricos en nitrógeno que el JWST ha encontrado hasta ahora. «Esto -aclaran los autores- añade más evidencia de una bimodalidad tamaño-química, donde las fuentes 'extendidas' tienden a ser pobres en nitrógeno, mientras que las fuentes 'compactas' son fuertes emisores de nitrógeno».

Hallazgos como este permiten pensar que el futuro de la exploración del Universo temprano es, en principio, prometedor. Si sobrevive a las últimas amenazas de cancelación por parte de la administración Trump, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, que se espera sea lanzado en 2027, debería revelar cientos más de este tipo de galaxias, lo cual ayudaría a consolidar estos hallazgos, o quizás introducir otros nuevos. Por ahora, afortunadamente, tenemos a James Webb, que aún no ha dicho su última palabra.

«El propio JWST -concluyen los investigadores en su artículo- parece estar a punto de impulsar una serie de grandes expansiones de la frontera cósmica; los desplazamientos al rojo previamente inimaginables, que se acercan a la era de las primeras estrellas, ya no parecen tan lejanos». El viaje al amanecer cósmico, pues, no ha hecho más que empezar.