Un día como hoy, hace tres años, fuimos testigos el emocionante lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio más grande y poderoso que los humanos jamás hayan enviado al espacio.
Se necesitaron 30 años para construirlo, pero en tres cortos años de funcionamiento, JWST ya ha revolucionado nuestra visión del cosmos.
Ha explorado nuestro propio Sistema Solar, estudiado las atmósferas de planetas distantes en busca de signos de vida y sondeado las profundidades más lejanas para encontrar las primeras estrellas y galaxias formadas en el Universo.
Esto es lo que JWST nos ha enseñado sobre el Universo temprano desde su lanzamiento y los nuevos misterios que ha descubierto.
Espeluznantes monstruos azules
JWST ha superado los límites de hasta qué punto podemos mirar dentro del Universo para encontrar las primeras estrellas y galaxias. Con la atmósfera de la Tierra fuera del camino, su ubicación en el espacio crea las condiciones perfectas para observar las profundidades del cosmos con luz infrarroja.
El récord actual de galaxia más distante confirmado por JWST se remonta a una época en la que el Universo Tenía sólo unos 300 millones de años.. Sorprendentemente, en tan poco tiempo, esta galaxia logró formar alrededor de 400 millones de veces la masa de nuestro Sol.
Esto indica que la formación de estrellas en el Universo temprano fue extremadamente eficiente. Y esta galaxia no es la única.
Cuando las galaxias crecen, sus estrellas explotan y crean polvo. Cuanto más grande es la galaxia, más polvo tiene. Este polvo hace que las galaxias parezcan rojas porque absorbe la luz azul. Pero aquí está el truco: JWST ha demostrado que estas primeras galaxias son sorprendentemente brillantes y masivas. y muy azulsin señales de polvo. Eso es un verdadero enigma.
Existen muchas teorías para explicar la extraña naturaleza de estas primeras galaxias. ¿Tienen estrellas enormes que simplemente colapsan debido a la gravedad sin sufrir explosiones masivas de supernovas?
¿O tienen explosiones tan grandes que todo el polvo es empujado lejos de la galaxia, exponiendo un núcleo azul libre de polvo? Quizás el polvo se destruya debido a la intensa radiación de estas primeras estrellas exóticas; pero aún no lo sabemos.
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Química inusual en las primeras galaxias
Las primeras estrellas fueron los componentes clave de lo que finalmente se convirtió en vida. El Universo comenzó sólo con hidrógeno, helio y una pequeña cantidad de litio. Todos los demás elementos, desde el calcio de nuestros huesos hasta el oxígeno del aire que respiramos, se forjaron en los núcleos de estas estrellas.
JWST ha descubierto que Las primeras galaxias también tienen características químicas inusuales..
Contienen una cantidad significativa de nitrógeno, mucho más de lo que observamos en nuestro Sol, mientras que la mayoría de los demás metales están presentes en cantidades menores. Esto sugiere que hubo procesos en juego en el Universo temprano que aún no comprendemos del todo.
JWST ha demostrado que nuestros modelos de cómo las estrellas impulsan la evolución química de las galaxias aún están incompletos, lo que significa que todavía no entendemos completamente las condiciones que llevaron a nuestra existencia.
(Adaptado de Castellano et al., 2024 La revista astrofísica; Equipos JWST-GLASS y UNCOVER)
Pequeñas cosas que acabaron con la era oscura cósmica.
Utilizando enormes cúmulos de galaxias como lupas gigantes, las sensibles cámaras del JWST también pueden observar las profundidades del cosmos. para encontrar las galaxias más débiles.
Seguimos avanzando para encontrar el punto en el que las galaxias se vuelven tan débiles que dejan de formar estrellas por completo. Esto nos ayuda a comprender las condiciones bajo las cuales finaliza la formación de galaxias.
JWST aún tiene que encontrar este límite. Sin embargo, ha descubierto muchas galaxias débiles, muchas más de lo previsto, que emiten más de cuatro veces los fotones energéticos (partículas de luz) que esperábamos.
El descubrimiento sugiere que estas pequeñas galaxias pueden haber desempeñado un papel crucial en poner fin a la “edad oscura” cósmica no mucho después del gran explosión.
El misterioso caso de los puntitos rojos
Las primeras imágenes del JWST resultaron en otro descubrimiento dramático e inesperado. El Universo primitivo está habitado por una gran cantidad de “pequeños puntos rojos“: fuentes de color rojo extremadamente compactas y de origen desconocido.
Inicialmente se pensó que eran galaxias masivas súper densas que no deberían ser posiblespero observaciones detalladas realizadas el año pasado han revelado una combinación de propiedades profundamente desconcertantes y contradictorias.
El brillante gas hidrógeno emite luz a velocidades enormes, miles de kilómetros por segundo, característica del gas que gira alrededor de un supermasivo. agujero negro.
Este fenómeno, llamado núcleo galáctico activo, suele indicar una frenesí alimentario donde un agujero negro supermasivo está devorando todo el gas a su alrededor, creciendo rápidamente.
Pero estos no son núcleos galácticos activos típicos de su jardín. Para empezar: no emiten rayos X detectables, como normalmente se espera. Aún más intrigante es que parecen tener las características de poblaciones de estrellas.
¿Podrían estas galaxias ser estrellas y núcleos galácticos activos al mismo tiempo? ¿O alguna etapa evolutiva intermedia? Sean lo que sean, los pequeños puntos rojos probablemente nos enseñarán algo sobre el nacimiento de ambos supermasivos. agujeros negros y estrellas en galaxias.
Las galaxias increíblemente tempranas
Además de las primeras galaxias extremadamente animadas, JWST también ha encontrado cadáveres extremadamente muertos.: galaxias del Universo temprano que son reliquias de una intensa formación estelar en el amanecer cósmico.
Estos cadáveres habían sido encontrados por el Hubble y por telescopios terrestres, pero sólo el JWST tenía el poder de diseccionar su luz para revelar cuánto tiempo llevaban muertos.
Ha descubierto algunas galaxias extremadamente masivas (tan masivas como nuestra Vía Láctea actual y más) que se formaron en los primeros 700 millones de años de la historia cósmica. Nuestros modelos actuales de formación de galaxias no pueden explicar estos objetos: son demasiado grandes y se formaron demasiado pronto.
Los cosmólogos todavía están debatiendo si los modelos pueden modificarse para que encajen (por ejemplo, tal vez la formación estelar temprana fue extremadamente eficiente) o si tenemos que reconsiderar la naturaleza de materia oscura y cómo da lugar a objetos que colapsan tempranamente.
JWST descubrirá muchos más objetos de este tipo durante el próximo año y estudiará los existentes con mayor detalle. De cualquier manera, lo sabremos pronto.
¿Qué sigue para JWST?
Ya en sus primeros pasos, el telescopio ha revelado muchas deficiencias de nuestros modelos actuales del Universo. Si bien estamos perfeccionando nuestros modelos para tener en cuenta las actualizaciones que nos ha traído JWST, lo que más nos entusiasma son las incógnitas desconocidas.
Los misteriosos puntos rojos se ocultaban de nuestra vista. ¿Qué más persiste en las profundidades del cosmos? JWST pronto nos lo dirá. 
Themiya NanayakkaraCientífico del Centro de Datos Australiano James Webb, Universidad Tecnológica de Swinburne; Ivo LabbéFuturo miembro de ARC / Profesor asociado, Universidad Tecnológica de Swinburney Karl GlazebrookMiembro Laureado del ARC y Profesor Distinguido, Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne
Este artículo se republica desde La conversación bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.