El universo está repleto de misterios, pero lo que más han intrigado a la comunidad científica durante años es la creación y formación del universo. La pregunta que más ha cautivado a la astronomía es "¿cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias?", ahora, después de muchísimo tiempo, podría ser que el Telescopio Espacial James Web de la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA) tenga la respuesta. Actualmente ya nos está brindando nuevos conocimientos sobre esta cuestión, todo a través de uno de los programas más grandes en el primer año de la ciencia de esta magnífica herramienta. Lo conocemos como el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o por sus siglas en ingles JADES.
Durante 32 días veremos de cerca cientos de "galaxias fósiles"
JADES se dedicará durante poco más de un mes a descubrir y caracterizar galaxias distantes y tenues. Si bien los datos aún están llegando, esta poderosa herramienta ya ha descubierto cientos de conjuntos estelares 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.
“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?" explicó Marcia Rieke de la Universidad de Arizona en Tucson, codirectora del programa JADES.
Una fábrica de estrellas en el inmenso cosmos
Un especialista de la Universidad de Texas, en Austin —conocido como Ryan Endsley— dirigió una investigación sobre las galaxias que existieron entre 500 y 850 millones de años después del Big Bang. Sabemos bien que este fue un momento crucial conocido como la época de "la reionización". Durante cientos de millones de años después del catastrófico evento que dio comienzo a la vida en el cosmos, el universo estuvo lleno de una niebla gaseosa que lo hizo opaco a la luz energética. Mil millones de años después, la niebla se disipó y toda la orbe se volvió transparente.
Tras estos conocimientos adquiridos, los científicos han debatido si los agujeros negros supermasivos activos o las galaxias llenas de estrellas jóvenes —y calientes— fueron la causa principal de este proceso. Como parte del programa JADES, Ryan Endsley y sus colegas estudiaron estas galaxias con el instrumento Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec, por sus siglas en ingles) del Telescopio Espacial James Webb para buscar señales de formación de estrellas, y las encontraron en abundancia.
“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”, aclaró Ryan Endsley.
Estas estrellas masivas y brillantes emitieron torrentes de luz ultravioleta, que transformó el gas circundante de opaco a transparente al ionizar los átomos, eliminando electrones de sus núcleos. Dado que estas primeras galaxias tenían una población tan grande de estrellas calientes y masivas, es posible que hayan sido el principal impulsor del proceso de reionización. La reunión posterior de los electrones y los núcleos produce las líneas de emisión distintivamente fuertes. Esto implicaría una cantidad de energía abismal en el universo primitivo, un choque constante de caos, violencia y ráfagas infernales de materia letal.
Ryan 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 ajustes y arranques pueden haber ocurrido cuando las galaxias capturaron grupos de las materias primas gaseosas necesarias para formar estrellas. A la par, es posible que estos protagonistas estelares hayan inyectado energía en el entorno circundante periódicamente, evitando que el gas se condense para formar nuevas estrellas. Esto debido a que las estrellas masivas explotan rápidamente.
Al fin se revela ante nosotros el universo primitivo
Poco a poco, estos alucinantes datos sobre el origen de nuestra existencia nos alumbran más para acercarnos "a la verdad cósmica". Otro elemento del programa JADES implica la búsqueda de las primeras galaxias que existieron cuando el universo tenía menos de 400 millones de años. Al estudiar estos conjuntos estelares, los astrónomos podrán explorar cómo la formación de estrellas en los primeros años después del Big Bang fue diferente de lo que se ve en la actualidad. Pues la realidad es que 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". Esto es muy sencillo, entre más viejo el ejemplar más "rojo emitirá", entre más joven... lo veremos más azul.
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. Antes del Telescopio Espacial James Webb, solo se observaron unas pocas docenas de galaxias por encima de un corrimiento al rojo de 8, cuando el universo tenía menos de 650 millones de años, pero JADES ahora ha descubierto casi mil de estos conjuntos estelares extremadamente distantes.
“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”, puntualizó Kevin Hainline. “Ahora, podemos ver que algunos de ellos son en realidad objetos extendidos con estructura visible. Podemos ver agrupaciones de estrellas naciendo solo unos cientos de millones de años después del comienzo de los tiempos”.