Planetas brumosos y galaxias ultradifusas: el telescopio ‘James Webb’ comienza a responder preguntas fantásticas

En 1659, Christiaan Huygens publicó su teoría de anillos acerca del origen del aspecto que Saturno presentaba a través de sus telescopios, el más grande los cuales alcanzó a tener un tamaño de lente de unos 20 centímetros de diámetro. El telescopio más grande jamás construido hasta la fecha, nuestra joya española Gran Telescopio Canarias (GTC), tiene un espejo segmentado de un diámetro de 10,4 metros. Solo contando la diferencia en tamaño, el GTC es cerca de 3.000 veces más sensible que los primeros telescopios construidos hace casi 400 años.

Esta semana, el James Webb Space Telescope (JWST) ha empezado a proporcionar datos a todos los astrónomos del mundo; de hecho, cualquier persona puede bajarse sus datos desde hoy. JWST es unas 3.000 veces más sensible (espectroscópicamente hablando) que cualquier telescopio jamás construido y/o todavía operativo en la zona del infrarrojo medio. Un salto que nos costó cientos de años lo hemos hecho en veinte. Asistimos a una revolución científica que comenzó a fraguarse en 1996 con una muy ambiciosa frase del entonces director de la NASA, que tras la presentación de un muy reputado astrónomo sobre la posible construcción de un telescopio espacial de 4 metros que trabajara en el infrarrojo, comentó: “¿Por qué pides una cosa tan modesta?, ¿por qué no seis o siete metros?”.

El telescopio Webb quiere responder a unas pocas preguntas, sencillas, básicas, quizás fantásticas, yo diría que llenas de trascendencia. ¿Cómo surgió el universo que conocemos, lleno de estrellas, planetas y galaxias? ¿Cómo son los planetas de la Vía Láctea, cómo se crean y cómo evolucionan hasta quizás tener atmósferas y posiblemente ingredientes para albergar vida? ¿Qué papel juegan los agujeros negros, sobre todos los supermasivos, en el origen y evolución de nuestro universo?

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Qué hay detrás de las imágenes del 'James Webb'

Algunas de las respuestas a estas preguntas las vamos a empezar a encontrar en los primeros datos del JWST liberados el 11 y 12 de julio y que se han presentado por todo lo alto. Primero fueron el presidente estadounidense Joe Biden y la vicepresidenta Kamala Harris los que adelantaron (con cierto retraso, asuntos más terrenales se cruzaron en la agenda) la imagen más profunda del universo jamás tomada, y la adornaron con reflexiones sobre la colaboración entre naciones, el beneficio de la humanidad a través del conocimiento y la tecnología, y las posibilidades ilimitadas del espíritu emprendedor y explorador de los humanos. Fue una gran muestra del apoyo gubernamental a la ciencia en Estados Unidos, deberíamos aprender.

Posteriormente, en una rueda de prensa de NASA, ESA y CSA (siglas de las agencias del espacio estadounidense, europea y canadiense, respectivamente) presentaron muchos más datos de todo lo que puede hacer el JWST en la tarea imposible de contestar a esas preguntas, las que, sin embargo, nos permitirán acercarnos más a entender el cosmos y nuestro lugar en él. Querría detenerme en cada una de esas imágenes brevemente; cada una dará para meses de análisis y decenas de artículos científicos. Pero es casi un delito poner solo dos o tres frases de cada conjunto de datos presentados estos días, así que me centraré en dos temas, que cubren el principio y el final de la evolución del lugar donde vivimos, el universo.

Un planeta nuboso

Nunca antes se había tomado un espectro de esta calidad de un exoplaneta desde el espacio, y el honor se lo lleva el conocido como WASP-96 b (“b” porque es el primer planeta descubierto en torno a la estrella WASP-96). No es una estrella muy diferente al Sol, solo algo más fría, 5.200 °C frente a 5.500 °C del Sol. Este lejano mundo es un planeta de una masa aproximadamente la mitad de Júpiter, pero más grande, que da una vuelta en torno a su estrella cada 3 días, comparados con los 12 años de Júpiter. En 2021 se descubrió agua en su atmósfera, entendida como la parte más externa de su estructura, porque en principio no debería tener una superficie sólida, sino ser un gran gigante gaseoso.

Y más tarde se descubrió sodio emitiendo de manera parecida a las luces naranjas de las farolas, observaciones que nos indicaron que probablemente no tiene nubes. Sin embargo, he aquí la primera sorpresa proporcionada por JWST: el planeta tiene nubes, brumas, y no muy diferentes a las de la Tierra, ¡son de agua! La caracterización de atmósferas de planetas más allá de nuestro Sistema Solar será coser y cantar para JWST, queda demostrado, y eso nos acercará a conocer cómo deben evolucionar para dar lugar a los ingredientes de la vida, que muchos pensamos que no puede haber surgido solo aquí.

Nacimiento y muerte de estrellas

Planetas con atmósferas y quizás vida es el destino final, hasta hoy, del universo. Por el camino ha habido nacimiento y muerte de estrellas (quizás también con sus planetas), otros 2 temas de los que JWST ya nos ha mostrado qué puede hacer. Pero quiero cerrar el artículo con el otro extremo de la vida del universo, la formación de las primeras estrellas en las primeras galaxias, que me toca más de cerca en mi trabajo diario. JWST nos ha enseñado, presentado por Biden, un manual de cómo funciona el universo, de la física que rige el cosmos. En una única pero espectacular imagen de una zona del cielo donde hay un cúmulo de galaxias llamado SMACS 0723 vemos otras galaxias tan lejanas que el universo solo tenía un 4% de su edad actual cuando emitieron la luz que estas semanas ha recogido el JWST. Y en el conjunto de varios miles galaxias que se ven en esa imagen hay bichos de todos los colores y naturalezas.

Galaxias lejanas rojas con gran cantidad de polvo y formando estrellas 1.000 veces más rápido que cualquier galaxia que tenemos hoy cerca. Galaxias también rojas, pero ya agotadas de formar estrellas en una época temprana y que pasarán el 50% o más de la vida del universo, envejeciendo irremediablemente, sin ver estrellas nuevas formándose de nuevo en ellas. Galaxias cuya imagen está terriblemente distorsionada por el efecto de lente gravitacional que provoca el cúmulo SMACS 0723. O galaxias ultradifusas, muchísimo menos densas que la Vía Láctea, lo cual puede llevar asociado un origen muy diferente, y de las que solo conocíamos un puñado cerca de nosotros y, sin embargo, se ven perfectamente en esta imagen de JWST.

Aprender cómo era el universo

En la imagen del primer campo profundo de JWST incluso se puede aprender sobre cómo era el universo antes de que existieran las galaxias, porque lo que llena esa imagen y no ve directamente JWST, pero sí detectará gracias a las capacidades espectroscópicas únicas, es materia oscura, que es varias veces más abundante en el universo que la materia que tenemos alrededor, en nuestros cuerpos, en los planetas o en las estrellas. El trabajo que rutinariamente se hacía detectando candidatas a galaxias distantes con Hubble y luego se observaban, con muchas dificultades, bajas tasas de éxito y esfuerzos de meses si no de años, con telescopios gigantes desde tierra como el GTC, a partir de hoy JWST lo hará en cuestión de semanas, nunca antes ha habido un espectrógrafo tan potente en el espacio. Y ese espectrógrafo seguro que nos ayudará a comprender la naturaleza de la materia que domina la masa del universo, que no vemos, y que dominó y domina su evolución desde mucho antes de que existieran las estrellas.

Termino ya. A algunos las imágenes de estos días nos parecen tremendamente bellas, por algo nos dedicamos a ello (y también nos ponen nerviosos, tenemos mucho que aprender de cómo analizar esos datos). A otros les parecen espectaculares, el vértigo de saber que se está mirando la inmensidad del cosmos, que nunca visitaremos, sin duda excita de alguna manera nuestros cerebros y lanza nuestra curiosidad e imaginación para intentar comprender. Otros preguntan de qué nos sirve estudiar el universo, pregunta lícita, como todas.

Quizás, lo más probable, nuestras vidas y el cosmos no tienen un sentido, pero el hecho es que pasan, cada uno tiene su historia y a los humanos nos encanta contar y escuchar historias, que perduran más allá de nuestra existencia. O quizás sí existe un sentido, el hecho entonces sería que el universo ha acabado (hasta hoy) dando lugar a la vida en la Tierra, ¿o quizás en algún otro sitio y en algún otro tiempo? De nuevo, la historia del cosmos nos ayudaría a relativizar, entender y trascender nuestro tiempo limitado y nuestra existencia efímera, al menos esa es mi ilusión.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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