El telescopio James Webb ha abierto una nueva forma de asomarse a lo que ocurrió poco después del Big Bang y el nacimiento de las primeras galaxias. Ahora, gracias a sus observaciones, un equipo internacional de astrofísicos liderados por la Universidad de Texas acaba de detectar la galaxia más distante con presencia de moléculas orgánicas complejas, un hallazgo impresionante publicado por la revista Nature.
Se trata de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH, por sus siglas en inglés), diminutas moléculas de polvo ampliamente conocidas en nuestro planeta. Estas se generan como subproductos de combustiones incompletas, como en el tueste del café, y se cree que desempeñan un papel crucial en los componentes orgánicos más complejos esenciales para la vida.
Imagen de falso color usando datos del James Webb. La galaxia lente se muestra en azul, mientras que la galaxia amplificada (o galaxia objetivo) se muestra en rojo. J. Spilker / S. Doyle, NASA, ESA, CSA
Alerta: estrellas naciendo
Las moléculas PAH despiertan un gran interés en astronomía debido a su capacidad para rastrear las regiones de formación de nuevas estrellas en el universo. Cuando la luz de "soles" jóvenes iluminan a las PAH, estas emiten unas bandas extremadamente brillantes en el rango infrarrojo que pueden ser detectadas con la instrumentación adecuada. Esta característica las convierte en una herramienta fundamental para investigar la formación de nuevas estrellas tanto en galaxias cercanas como distantes.
Hasta ahora, el estudio de las moléculas PAH en galaxias se había limitado a localizaciones relativamente cercanas debido a la sensibilidad limitada de los instrumentos disponibles. Sin embargo, el James Webb está cambiando drásticamente esta perspectiva. Diseñado especialmente para observar el rango infrarrojo del espectro electromagnético, es el telescopio más grande y complejo jamás lanzado al espacio posee una capacidad excepcional para recolectar luz. Mucho mayor que la de sus antecesores.
Su lanzamiento está revolucionando el campo de la astrofísica extragaláctica al permitirnos estudiar galaxias extremadamente lejanas, incluso cercanas al Big Bang. Además, nos proporciona una oportunidad única de investigar en detalle las regiones más internas de galaxias cercanas.
El James Webb ya ha demostrado su capacidad para caracterizar las propiedades de las moléculas PAH cerca de agujeros negros supermasivos en galaxias locales, y ahora nos permite detectarlas en las primeras etapas del universo.
Un vistazo a la infancia del universo
En este nuevo estudio, el astrónomo Justin S. Spilker y su equipo han detectado PAH en una galaxia situada a más de 12.000 millones de años luz; es decir, cuando nuestro cosmos tenía solo una décima parte de su edad actual.
En particular, este trabajo muestra la detección de la banda de 3,3 micras, que está relacionada con los PAH más pequeños (menos de 100 carbonos) y neutros, descartando por tanto la presencia de un fuerte campo de radiación en esa galaxia.
Este avance científico ha sido posible gracias a la una combinación excepcional. Por un lado, la excelente sensibilidad del James Webb y, por otro, la ayuda decisiva de un fenómeno llamado lente gravitacional.
La galaxia observada por el James Webb muestra un anillo de Einstein formado por un fenómeno llamado de lente gravitatoria. Esto ocurre cuando dos galaxias están perfectamente alineadas con nuestra perspectiva desde la Tierra. La gravedad de la galaxia lente produce una ampliación en la luz que observamos de la galaxia se encuentra al fondo (galaxia objetivo). Esta ampliación permite estudiar galaxias muchos más distante gracias a estas 'lupas cósmicas'.
Predicho por Albert Einstein, este fenómeno ocurre cuando dos galaxias se alinean de manera que, desde la perspectiva del observador, la del fondo (o galaxia objetivo) se magnifica debido a la influencia gravitatoria de la que actúa como lente. En otras palabras, esta última hace las veces de "lupa cósmica", amplificando la luz que observamos y formando una característica forma de anillo.
Las lentes gravitacionales nos permiten ver en detalle galaxias muy lejanas que no sería posible estudiar sin ellas. En este caso, el factor de amplificación es de 30.
Se encontró humo, pero ¿hay fuego?
Las PAH, muy comunes en el espacio, constituyen unos excepcionales "detectores" del nacimiento estelar. La rapidez con la que una galaxia activa crea nuevas estrellas, así como la cantidad y distribución de estas, nos permiten saber cómo consumen las galaxias su principal combustible para crecer: el gas. Este gas es mayormente consumido por las estrellas y, cuando están presentes, los agujeros negros supermasivos.
Es importante tener en cuenta que las PAH también pueden estar afectadas por dichos agujeros negros. Esto presenta ciertas limitaciones en el uso de esas moléculas para medir de forma precisa tasa de formación estelar en una galaxia. Sin embargo, Spilker y sus colaboradores pudieron descartar la presencia de un agujero negro dominante en esta galaxia, ya que sus PAH no están afectadas por fuertes campos de radiación.
Uno de los resultados más significativos es que la distribución de las moléculas PAH y las regiones formando nuevas estrellas no son las mismas. Es decir, se observaron regiones donde hay PAH pero no creación reciente de estrellas, y viceversa. Este hallazgo sugiere que el medio interestelar en las etapas tempranas del universo puede diferir significativamente con lo que observamos en un cosmos más maduro, como el que vemos actualmente.
En palabras del propio Spilker, "ahora que sabemos que hemos detectado estas moléculas a grandes distancias, el siguiente paso es entender si es cierto que donde tenemos humo (moléculas PAH) hay fuego (formación de estrellas)".
Sus resultados apuntan a la importancia de ampliar estudios en galaxias distantes. Esto nos ayudará comprender hasta qué punto pueden usarse las PAH como indicadores de la formación de nuevas estrellas en el universo temprano, donde los procesos físicos y químicos puede ser diferentes a los que vemos en las galaxias locales.
Ismael Garcia-Bernete, Postdoctoral Researcher in Astrophysics, University of Oxford.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
