El James Webb captó los límites del universo en una fotografía

El James Webb captó la imagen más profunda del universo en el rango infrarrojo. En una sola fotografía consiguió retratar a miles de galaxias diferentes, algunas de ellas con más de die mil millones de años de antigüedad. Esta imagen y otras similares, nos permitirán estudiar la historia y evolución del universo a las más grandes escalas.

Es bastante conocido el hecho de que cuando observamos el universo, cuando miramos a estrellas y galaxias lejanas con nuestros telescopios, estamos viendo el pasado. Esto se debe simplemente a que la velocidad de la luz es muy pequeña en comparación con las distancias que nos separan del resto del universo. Por tanto, la luz que nos llega de estrellas lejanas ha necesitado viajar durante años o miles de años antes de alcanzar la tierra y nuestro detector, sea este un telescopio o tus ojos. Una forma de entender este hecho de una manera más intuitiva sería considerar lo siguiente: cuando alguien nos cuenta una noticia nos habla siempre del pasado. Si una amistad te cuenta un problema que ha tenido en clase o en el trabajo o el telediario te habla de las decisiones tomadas ayer por tu gobierno, esta información ha necesitado antes viajar hasta ti a una velocidad limitada, o de lo contrario habrías recibido esa información de manera instantánea. 

Un ejemplo aún más claro es considerar cómo se transmitía la información antes de internet, el teléfono o incluso la electricidad. Piensa en un general de un ejército de algún imperio antiguo en expansión comunicando su victoria en la conquista de nuevos territorios a la capital del imperio. Piensa en Marco Astrónomo, el célebre y ficticio general romano comunicando a Roma su victoria en los límites del imperio. Esta información tardaría con suerte unos días y probablemente un par de meses en llegar al César, por lo que este sólo podría saber qué estaba ocurriendo en britania en el pasado, nunca qué estaba ocurriendo en ese mismo momento. Algo análogo ocurre en nuestro estudio del universo. Vemos la Luna como era hace poco más de un segundo, el Sol como era hace ocho minutos, Plutón como era hace unas cuatro horas y media y Alfa Centauri como era hace más de cuatro años. Y de la misma forma, vemos la galaxia Andrómeda como era hace dos millones y medio de años o las galaxias del cúmulo de Virgo como eran hace sesenta y cinco millones de años.

NASA | Primer campo profundo del telescopio James Webb
NASA | Primer campo profundo del telescopio James Webb

Sin embargo, podemos usar esta limitación a nuestro favor. Puesto que ver a lo lejos es ver el pasado, podemos intentar ver lo más lejos posible para estudiar los inicios del universo. Para estudiar cómo era el cosmos hace miles de millones de años sin necesidad de estar presentes en aquella época. Sin necesidad de viajar en el tiempo. Creo que no hay mejor muestra de todo esto que esta imagen tomada por el telescopio espacial James Webb hace tan solo unas semanas, conocida como el Primer Campo Profundo del James Webb. La grandísima mayoría de los objetos en esta fotografía no son planetas, estrellas ni tan siquiera nebulosas cercanas. Son galaxias. Esta imagen contiene tantas galaxias diferentes, varios miles en total, que supone en sí misma un pequeño catálogo de los tipos de galaxias presentes en el universo en todas partes y en todas las épocas. En ella podemos observar algunas galaxias como eran hace apenas unos millones de años y otras como eran hace miles de millones de años cuando el universo no tenía ni un 10 % de su edad actual. Estudiando similitudes y diferencias entre las galaxias de cada época o si predominan ciertos tipos o ciertas propiedades en unas épocas u otras podemos conocer en detalle los procesos de evolución galáctica a lo largo de esos miles de millones de años de existencia. 

Pero, ¿qué tiene de especial hacerle una foto a unas cuantas galaxias? Esta foto muestra un cúmulo de galaxias conocido como SMACS 0723 y situado a más de cuatro mil millones de años luz de distancia. Este cúmulo se encuentra en nuestro cielo nocturno cerca de la constelación Volans, visible desde el hemisferio sur. Estas galaxias acumulan tanta masa que la luz de galaxias todavía más lejanas se ve distorsionada por su gravedad, creando las imágenes estiradas que observamos en la parte central de la fotografía. Pero eso no es lo único que vemos, porque junto al cúmulo de galaxias vemos también cientos y miles de otras galaxias, que nada tienen que ver. 

Esta imagen recoge una región diminuta del cielo. Si dividieras todo el cielo en 26 millones de partes iguales, esta fotografía correspondería a una sola de esas partes. Esta fotografía es además el resultado de combinar una gran cantidad de fotografías diferentes, utilizando 6 filtros monocromáticos diferentes y con un tiempo de exposición total de unas doce horas y media. En comparación la primera imagen de campo profundo del Hubble necesitó de casi 142 horas de exposición, es decir casi 6 días de recogida de luz ininterrumpida. Si el telescopio espacial James Webb se dedicara única y exclusivamente a tomar fotografías como esta de toda el área del cielo, necesitaría más de 37 000 años para conseguirlo.

Todas las fotografías de campo profundo obtenidas muestran una estampa similar. Todas muestran la misma densidad de galaxias y los mismos porcentajes de los diferentes tipos y edades. Esto es una prueba más a favor del principio cosmológico que dice que el universo observado a escalas suficientemente grandes es homogéneo e isotrópico. En términos más cercanos, este principio cosmológico nos dice que los seres humanos no ocupamos una posición privilegiada.

Una imagen así solo puede ser tomada desde el espacio, no solo porque el James Webb observe en una longitud de onda para la que la atmósfera terrestre es opaca, sino porque los telescopios en la superficie de la Tierra se ven afectados en sus observaciones por las turbulencias que deforman la imagen y por la cantidad de ruido lumínico de fondo, proveniente de la reflexión en la atmósfera de la luz emitida desde nuestras ciudades. Esto hace que a pesar de las limitaciones que surgen al mandar telescopios al espacio, como la limitación evidente en el tamaño y masa de los telescopios que podemos cargar en un cohete, las fotos obtenidas desde fuera de la atmósfera terrestre sean más sensibles y tengan mayor definición que las obtenidas desde los observatorios en superficie. Es por esto que tuvimos que esperar al Hubble para obtener el primer campo profundo y es también por esto mismo que ansiamos recibir fotografías todavía más profundas del telescopio James Webb.

Referencias:

Rob Garner, 2022, NASA’s Webb Delivers Deepest Infrared Image of Universe Yet, NASA

2022, Webb's First Deep Field (NIRCam Image), NASA, webbspacetelescope.org

 

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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