45.000 galaxias brillan en la nueva foto del telescopio James Webb

"Entre las preguntas más fundamentales en astronomía está: ¿Cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias?" escribe la NASA. El telescopio espacial James Webb no ha estado en el espacio por mucho tiempo, pero ya está brindando información crítica sobre esta pregunta monumental.

Una nueva imagen capturada como parte de uno de los programas científicos más importantes de Webb, el Sondeo Extragaláctico Profundo Avanzado JWST, o JADES, no solo es visualmente impresionante sino también increíblemente importante para los científicos que trabajan para comprender la historia del universo, especialmente en sus primeros días.

Como parte de JADES, Webb dedicará poco más de un mes de su valioso tiempo de telescopio para capturar y analizar galaxias distantes muy débiles. Algunas de las observaciones ya han ocurrido, y los datos continúan llegando desde estas primeras imágenes.

"Mientras los datos siguen llegando, JADES ya ha descubierto cientos de galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 600 millones de años. El equipo también ha identificado galaxias que brillan con una multitud de estrellas jóvenes y calientes", explica la NASA.

El área, GOODS-South, también ha sido fotografiada por el Telescopio Espacial Hubble, lo que ayuda a poner en perspectiva cuánto más detalle ofrece Webb.

"Con JADES, queremos responder muchas preguntas, como: ¿Cómo se ensamblaron las primeras galaxias? ¿Qué tan rápido formaron estrellas? ¿Por qué algunas galaxias dejan de formar estrellas?". dice Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, codirectora del programa JADES.

Ryan Endsley, de la Universidad de Texas en Austin, dirigió una investigación sobre las galaxias que existieron entre 500 y 850 millones de años después del Big Bang. Este período, conocido como la época de la reionización, sigue siendo bastante misterioso.

La NASA explica la reionización y escribe: "Durante cientos de millones de años después del Big Bang, el universo estuvo lleno de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después del Big Bang, la niebla se había despejado y el universo se volvió transparente, un proceso conocido como reionización".

Algunos científicos creen que los agujeros negros supermasivos causaron la reionización del mismo nombre, otros creen que las galaxias llenas de estrellas jóvenes, que arden con mucho calor, fueron el impulso detrás de la reionización.

Como parte de JADES, Endsley y sus colegas han estado estudiando estas galaxias viejas y distantes de suma importancia utilizando el instrumento espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb. El equipo quería encontrar evidencia de formación estelar y lo encontraron.

"Casi todas las galaxias que estamos encontrando muestran estas firmas de líneas de emisión inusualmente fuertes que indican una intensa formación estelar reciente. Estas primeras galaxias fueron muy buenas para crear estrellas calientes y masivas", dice Endsley.

Las estrellas masivas y brillantes, a su vez, dispararon torrentes de luz ultravioleta hacia el espacio, lo que cambió la naturaleza del gas circundante de opaco a transparente. Esto se logró mediante la ionización, que es el proceso de eliminación de electrones de sus núcleos.

Debido a que las primeras galaxias tenían tantas estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido el principal catalizador del proceso de reionización que ha sido objeto de acalorados debates dentro de la comunidad científica.

"Endsley y sus colegas también encontraron evidencia de que estas galaxias jóvenes experimentaron períodos de rápida formación estelar intercalados con períodos tranquilos en los que se formaron menos estrellas. Estos altibajos pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de las materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. Alternativamente, dado que las estrellas masivas explotan rápidamente, es posible que hayan inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas", escribe la NASA.

Otro gran componente de JADES es la búsqueda de galaxias muy tempranas, que en este contexto son galaxias que existieron menos de 400 millones de años después del Big Bang.

"Al estudiar estas galaxias, los astrónomos pueden explorar cómo la formación de estrellas en los primeros años después del Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad. La luz de las galaxias lejanas se estira a longitudes de onda más largas y colores más rojos por la expansión del universo. un fenómeno llamado corrimiento al rojo. Al medir el corrimiento al rojo de una galaxia, los astrónomos pueden saber qué tan lejos está y, por lo tanto, cuándo existió en el universo primitivo", explica la NASA.

Webb ya ha transformado la forma en que los científicos buscan estas galaxias muy antiguas. La NASA dice: "Antes de Webb, solo se observaron unas pocas docenas de galaxias por encima de un corrimiento al rojo de ocho, cuando el universo tenía menos de 650 millones de años, pero JADES ahora ha descubierto casi mil de estas galaxias extremadamente distantes".

En relativamente poco tiempo de observación, Webb ha revolucionado la búsqueda de galaxias antiguas.

El espectro es una herramienta importante en la búsqueda de galaxias muy antiguas. "El estándar de oro para determinar el corrimiento al rojo consiste en mirar el espectro de una galaxia, que mide su brillo en una miríada de longitudes de onda estrechamente espaciadas. Pero se puede determinar una buena aproximación tomando fotos de una galaxia usando filtros que cubren una banda estrecha de colores para obtener un puñado de medidas de brillo. De esta manera, los investigadores pueden determinar las estimaciones de las distancias de muchos miles de galaxias a la vez", explica la NASA.

Kevin Hainline de la Universidad de Arizona en Tucson y sus colegas utilizaron la cámara de infrarrojo cercano de Webb (NIRCAM) para obtener estas medidas espectrales críticas, que se denominan desplazamientos al rojo fotométricos.

El equipo de Hainline identificó más de 700 galaxias que creen que existieron cuando el universo tenía entre 370 y 650 millones de años. La gran cantidad de galaxias candidatas supera con creces incluso las estimaciones más optimistas que tenían los científicos antes del lanzamiento de Webb. La resolución revolucionaria y la sensibilidad espectral de Webb están dando grandes dividendos.

"Anteriormente, las primeras galaxias que podíamos ver parecían pequeñas manchas. Y, sin embargo, esas manchas representan millones o incluso miles de millones de estrellas al comienzo del universo", dice Hainline. "Ahora, podemos ver que algunos de ellos son en realidad objetos extendidos con una estructura visible. Podemos ver agrupaciones de estrellas naciendo solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos".

Créditos de la imagen: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA). Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI)