Ilustración de una galaxia muy desplazada al rojo tal y como podría aparecer si el JWST pudiera acercarse a ella. (Inserción) Cinco galaxias candidatas identificadas por el JWST como parte del proyecto GLIMPSE que podrían resultar ser las galaxias más tempranas y distantes jamás vistas(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva)/ Kokorev et al 2024)
El telescopio espacial James Webb ha vuelto a batir uno de sus propios récords: si los científicos están en lo cierto, esta nave pionera podría haber vislumbrado las primeras galaxias del universo.
Las cinco galaxias candidatas están situadas tan lejos que la más lejana se ve tal y como era tan sólo 200 millones de años después del Big Bang. Así, la luz de estas galaxias lleva viajando hacia la Tierra unos 13.600 millones de años. Debido a la expansión del universo, estas galaxias deberían encontrarse ahora a la asombrosa distancia de 34.000 millones de años luz. Sin embargo, para ser claros, nada de esto está aún confirmado.
Antes de este descubrimiento, realizado en el marco del proyecto Galactic Legacy Infrared Midplane Survey Extraordinaire (GLIMPSE) del telescopio espacial James Webb (JWST), la galaxia más lejana observada por el potente telescopio espacial era JADES-GS-z14-0. Ésta fue vista tal y como era cuando el universo tenía unos 280 millones de años.
Estas nuevas galaxias recibirán un nombre oficial cuando se confirmen, pero es probable que todas lleven el prefijo «GLIMPSE» en referencia al estudio que las descubrió. Según nuestros modelos actuales de evolución del universo, podrían ser las primeras galaxias que existieron.
«Sigue siendo bastante difícil estimar la edad exacta de estas galaxias y determinar cuándo se formaron, pero sin duda nos estamos acercando a la primera generación de galaxias porque sólo nos quedan unos 150 millones de años para formar estas galaxias», declaró a universeexpedition.com Hakim Atek, miembro del equipo del descubrimiento e investigador del Instituto de Astrofísica de París. «Con tan poco tiempo disponible, no hay muchas maneras de formar galaxias.
«Al final, estas observaciones pondrán restricciones estrictas a los procesos físicos permitidos en nuestros modelos del universo.»
Ver el rojo con ayuda de Einstein
Las galaxias tempranas, como estas cinco nuevas candidatas, se describen como galaxias de «alto desplazamiento al rojo» o «alto z». Esto se debe a que la expansión del universo hace que las longitudes de onda de la luz que emiten estas galaxias se estiren a medida que viajan hasta nosotros. Como las longitudes de onda más largas (más estiradas) se encuentran en el «extremo rojo» del espectro electromagnético, este proceso se describe como desplazamiento al rojo.
Cuanto más tiempo haya tardado la luz en llegar hasta nosotros, más extremo será el corrimiento al rojo que experimente. El desplazamiento al rojo de una galaxia se indica con «z», seguido de un signo igual y de un número sin unidades.
Según el Observatorio de Las Cumbres, un corrimiento al rojo de z = 0,10 corresponde a la luz que ha viajado hacia la Tierra durante 1.300 millones de años y se encuentra ahora a 1.300 millones de años-luz de distancia. Un desplazamiento al rojo de z = 1 corresponde a la luz que ha viajado 7.700 millones de años y, como resultado de la expansión del universo, se encuentra ahora a 10.100 millones de años luz. Un desplazamiento al rojo de 10 corresponde a un cuerpo emisor situado a unos 26.600 millones de años luz de nosotros con una luz que ha viajado 13.200 millones de años.
Cinco galaxias candidatas identificadas por el JWST como parte del proyecto GLIMPSE que podrían resultar ser las galaxias más tempranas y distantes jamás vistas. (Crédito de la imagen: Kokorev, et al 2024)
El JWST ya está descubriendo de forma rutinaria galaxias con desplazamientos al rojo entre z = 10 y z = 14. Como ya se ha mencionado, la galaxia confirmada más antigua, JADES-GS-z14-0, tiene un desplazamiento al rojo de z = 14,2. Estas cinco nuevas galaxias potenciales, sin embargo, tienen desplazamientos al rojo de z = 16 a z = 18.
El jefe del equipo, Vasily Kokorev, de la Universidad de Texas, explicó a universeexpedition.com que el hallazgo de estas galaxias continúa la tendencia del JWST de descubrir más galaxias de alta luminosidad densamente agrupadas en el universo temprano a desplazamientos al rojo elevados o «high z» de lo que se esperaba antes de que el telescopio, de 10.000 millones de dólares, comenzara a enviar datos a la Tierra en el verano de 2022.
«Encontrar tantas galaxias a alto z en el mismo campo significa que sus densidades numéricas son más altas de lo que esperábamos», dijo Kokorev. «Los objetos que encontramos también encajan sistemáticamente en el nuevo paradigma de sobreabundancia de galaxias brillantes a alto z. También son potencialmente algunas de las galaxias más jóvenes que hemos visto hasta ahora».
El cúmulo de galaxias Abell S1063, visto por el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA durante el programa Frontier Fields. (Crédito de la imagen: M. Montes(University of New South Wales)/NASA/ESA)
El descubrimiento de estas cinco galaxias candidatas ha sido posible gracias a que las observaciones GLIMPSE son las más profundas jamás obtenidas en el cielo. Los resultados, los primeros del proyecto GLIMPSE, también contaron con la ayuda del cúmulo de galaxias Abell S1063, situado a unos 4.000 millones de años luz. Ese cúmulo pudo ayudar gracias a un fenómeno predicho por primera vez por Albert Einstein en 1915 llamado «lente gravitatoria».
En 1915, Einstein planteó su teoría de la gravedad, que se conoce como «relatividad general». Esta teoría sugiere que la gravedad surge de objetos con masa que curvan el tejido del espacio y el tiempo (unidos como una entidad de 4 dimensiones llamada «espaciotiempo»). Cuanta más masa tenga un objeto, mayor será la «abolladura» que cree en el espaciotiempo y, por tanto, mayor será su influencia gravitatoria.
Cuando la luz de un objeto atraviesa una curvatura extrema del espaciotiempo causada por algo realmente masivo en su camino hacia nuestros detectores terrestres, como un cúmulo de galaxias, su trayectoria también se curva. Cuanto más cerca de este cuerpo lente pase la luz, más extrema será su curvatura. Esto significa que, al seguir caminos diferentes alrededor de una lente gravitatoria, las cinco galaxias GLIMPSE pueden llegar en momentos diferentes a un telescopio como el JWST, situado en nuestro rincón del cosmos.
Este efecto se denomina lente gravitacional, ya que puede magnificar la apariencia del objeto de fondo. El JWST ha utilizado este fenómeno con gran eficacia para detectar galaxias primitivas lejanas que serían demasiado débiles para verse sin lentes gravitacionales. En este caso, el cúmulo Abell S1063 fue la lente gravitacional utilizada por el equipo de GLIMPSE.
Un diagrama muestra cómo la deformación del espaciotiempo por un objeto de masa considerable provoca lentes gravitacionales (Crédito de la imagen: NASA, ESA & L. Calçada)
Incluso con el telescopio espacial más potente jamás construido y con un poderoso fenómeno cósmico, estas galaxias seguían siendo demasiado débiles para verlas con suficiente detalle como para identificar sus características.
«Para profundizar realmente en su naturaleza harían falta espectros. Por el momento, sabemos que estos objetos son bastante débiles intrínsecamente, especialmente en comparación con los descubrimientos más recientes del JWST a alto z», dijo Kokorev. «Esta debilidad, combinada con cuántos descubrimos en un volumen tan pequeño, podría tener algunas implicaciones interesantes sobre la aparición de las primeras galaxias en el universo».
Para Atek, uno de los aspectos más fascinantes del descubrimiento es que estas galaxias evolucionarán hasta parecerse a las galaxias inusualmente brillantes que el JWST vislumbraba cuando el cosmos tenía entre 300 y 400 millones de años.
En cuanto a la posibilidad de que el JWST descubra galaxias aún más antiguas que estas cinco candidatas, Atek no confía en que sea posible.
«El JWST tiene el potencial de descubrir galaxias aún más tempranas, pero esto dependerá de su número, densidad y luminosidad, que están ligados a cómo se desarrolló la formación temprana de las galaxias», continuó Atek. «Estamos entrando en un territorio completamente desconocido y no podemos saber con seguridad lo que encontraremos. Se espera que muchas de estas fuentes sean tan débiles que la confirmación espectroscópica, incluso con JWST, será extremadamente difícil o inviable.»
Aunque hubiera galaxias anteriores en el universo naciente por descubrir, es posible que ni siquiera un instrumento tan potente como el JWST -que utiliza una herramienta tan magnífica como las lentes gravitacionales- sea capaz de detectarlas.
Kokorev señaló que detectar galaxias más tempranas y débiles podría requerir 450 horas de tiempo de observación con el JWST (el proyecto GLIMPSE dispuso de sólo 150 horas), y el investigador cree que no es muy probable que esto ocurra a corto plazo.
«Así que, en teoría, sí, todavía se pueden encontrar galaxias aún más tempranas y distantes; sin embargo, éstas serían aún más tenues y pequeñas, lo que las haría extremadamente difíciles de detectar», Kokorev. «El programa GLIMPSE ya ha llevado realmente el telescopio a su límite».
A pesar de ello, no cabe duda de que GLIMPSE aún puede ofrecer resultados más apasionantes.
«Este es el primer artículo de muchos más que están por venir, así que estén atentos a más ciencia de GLIMPSE», concluyó Kokorev. «¡Estamos muy entusiasmados con los datos y con toda la apasionante ciencia que proporcionarán!».
La investigación del equipo se publica en forma de preprint del repositorio de artículos arXiv.
