Un equipo japonés utiliza el telescopio James Webb para desvelar los secretos del cosmos
Una teoría general establece que varios cientos de millones de años después de que el Big Bang creara todo hace unos 13,8 millones de años, el universo estaba compuesto principalmente de hidrógeno y helio antes de que se formaran elementos más pesados.
Pero un equipo de investigación japonés ha sido pionero en descubrimientos que revelan la presencia de elementos pesados como el nitrógeno, así como agujeros negros supermasivos que existieron durante la formación activa de estrellas, cambiando las predicciones de estudios anteriores y ampliando aún más los límites del conocimiento humano.
El instrumento clave para descubrir estas revelaciones fue el Telescopio Espacial James Webb de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de Estados Unidos, a veces llamado JWST.
El JWST comenzó a funcionar en 2022 y la riqueza de datos observacionales sobre la era primordial del universo que ha puesto a disposición de los científicos está revolucionando la astronomía.
“El año pasado, vimos avances en el estudio del universo temprano que no se habían visto en los últimos 20 años”, dijo Masami Ouchi, profesor del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio y miembro del proyecto, en una entrevista reciente con Kyodo News.
El universo primitivo puede observarse mediante la búsqueda de cuásares, los objetos celestes más brillantes y potentes conocidos. Sin embargo, sus emisiones luminosas, alimentadas por agujeros negros supermasivos con una masa de entre un millón y mil millones de veces la del Sol, tardan en llegar a la Tierra.
Observar un cuerpo celeste a más de 13 mil millones de años luz de distancia, por ejemplo, significa que lo vemos como era hace 13 mil millones de años.
Pero hasta hace poco, la luz emitida por galaxias distantes era difícil de observar porque su longitud de onda se extiende hasta el espectro infrarrojo con la expansión constante del universo y es absorbida por la atmósfera de la Tierra, lo que hacía que su detección con grandes telescopios fuera prácticamente imposible antes de que se pusiera en funcionamiento el JWST.
El JWST, que flota en órbita solar a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra y está diseñado para ayudar a los científicos a realizar estudios astrológicos infrarrojos, puede visualizar fuentes de luz distantes gracias a sus capacidades espectroscópicas de alta sensibilidad y alta resolución.
Los científicos creen que la abundancia de hidrógeno y helio fue creada por el Big Bang, mientras que otros elementos más pesados, como el nitrógeno y el carbono, se crearon por fusión nuclear dentro de estrellas recién nacidas, y una pequeña fracción luego se dispersó en el espacio interestelar por explosiones de supernovas cuando las estrellas se quemaron.
Pero en diciembre de 2023, el instituto y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón anunciaron que la relación de intensidad del nitrógeno era en realidad mayor de lo esperado en comparación con el carbono y el oxígeno, igualmente pesados, en tres galaxias capturadas por el JWST entre 400 y 900 millones de años después del Big Bang, lo que pone en duda la teoría establecida.
Si fueron dispersados por estrellas en explosión, otros elementos pesados además del nitrógeno deberían haber estado presentes en abundancia.
El equipo del instituto cree que es posible que debido a un mecanismo desconocido solo se liberaran elementos de las capas externas de las estrellas ricas en nitrógeno, o que muchas estrellas no explotaran en absoluto sino que colapsaran debido a su propia gravedad, convirtiéndose en algunos casos en agujeros negros sin liberar el carbono y el oxígeno de su interior.
Apoyando esta teoría, otro artículo del instituto destacó la posibilidad de que el universo, entre 1 y 2 mil millones de años después del Big Bang, pudiera haber contenido varios agujeros negros supermasivos, 50 veces más grandes de lo que se pensaba anteriormente.
"El universo primitivo puede haber estado lleno de agujeros negros", dijo Yuki Isobe, estudiante de doctorado del instituto.
En diciembre de 2023, el líder del proyecto, Yuichi Harikane, profesor adjunto del instituto, y sus colegas anunciaron el descubrimiento de dos galaxias que existieron unos 400 millones de años después de la formación del universo. Esto eleva a cinco el número total de galaxias identificadas simultáneamente, superando con creces las predicciones teóricas realizadas antes del lanzamiento del JWST.
Basándose en el brillo de las galaxias que observaron, los investigadores descubrieron que las estrellas se estaban formando a un ritmo cuatro veces más rápido de lo que se pensaba anteriormente.
"Creemos que debe haber un mecanismo que produjo activamente estrellas en el universo primitivo", dijo Harikane.
"El amanecer cósmico fue mucho más brillante de lo que esperábamos", dijo, refiriéndose al momento inmediatamente posterior al Big Bang, cuando el universo pasó de un estado oscuro a uno de formación de cuerpos celestes brillantes.
Harikane añadió: "Si miramos más allá, podremos vislumbrar el universo en el que se formó la primera generación de galaxias".
