Qué muestran las primeras imágenes tomadas por el James Webb Space Telescope

"Estamos maravillados", la reacción de los investigadores

12 de julio, 2022 | 18.12

– “Este es un telescopio para el mundo. La comunidad científica debe tomar este increíble instrumento y convertirlo en conocimiento”.

– “El detalle de estas imágenes es fantástico. Funciona mejor de lo que pensábamos. Es asombroso”.

– “Tenemos acceso a los espectros de todas las moléculas posibles y es notable la exactitud de los espectros. Podremos decir, por ejemplo, cuántos átomos de oxígeno hay en un objeto específico”.

– “Las imágenes son una pieza de arte…Van más allá de lo que aprecia mi mente científica”.

– “Sentimos orgullo no solo por el equipo que lo logró, sino por la humanidad en su conjunto, por el hecho de que cuando queremos podemos hacer maravillas como ésta”.

Después del “aperitivo” ofrecido ayer por el presidente de los Estados Unidos, Joseph Biden, estas son solo algunas de las frases que científicos de la NASA y la Agencia Espacial Europea lanzaron hace unas horas en la conferencia de prensa durante la cual se presentaron las primeras cinco imágenes tomadas por el James Webb Space Telescope. Aunque advirtieron que se trata solo del comienzo, de un ensayo general para ver cómo funciona, también subrayaron que es difícil prever lo que llegará a develar este magnífico instrumento. “Esta es solo una primera mirada”, dijeron.

De acuerdo con lo anticipado hace algunos días, los objetivos de este “catálogo de muestra” fueron la Nebulosa del Anillo, distante a unos 2000 años luz de la Tierra y en cuyo interior se crean estrellas y planetas; la Nebulosa Carina, una enorme extensión de gas y estrellas que incluye algunos de los sistemas estelares más masivos, la más grande y brillante que vemos en nuestro cielo; el Quinteto de Stephan, un cúmulo compacto de galaxias descubierto en 1787, dos de las cuales están en proceso de fusión y un exoplaneta conocido como WASP-96b, un gigante gaseoso que gira alrededor de su estrella una vez cada 3,4 días y en cuya atmósfera se pudo detectar la presencia de agua.

Para Alejandro Gangui, investigador del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA y el Conicet), “Las fotos son impactantes, increíbles, y la ciencia necesaria para producirlas es espeluznante. Lo que tiene de bueno este telescopio es que por sus capacidades va a poder ver galaxias mucho, mucho más lejanas [y por lo tanto, más antiguas] que los anteriores. El hecho de escanear el cielo en el infrarrojo es clave, ya que por el corrimiento al rojo de la luz en su viaje por el universo se muestran mucho mejor. Además sus instrumentos en esa parte del espectro le permiten penetrar mejor el polvo y el gas que oscurece estas zonas de formación estelar. Por ejemplo, en la nebulosa de Carina, permite ver objetos más débiles, más lejanos. Era necesario mandarlo al espacio porque el dióxido de carbono y el vapor de agua de la atmósfera terrestre filtran justamente el infrarrojo y nuestra atmósfera irradia en [esa parte del espectro electromagnético], por lo que habría contaminación”.

El astrónomo uruguayo Gonzalo Tancredi, de la Universidad de la República, destaca que este nuevo instrumento ofrece “una mejora sustancial en las capacidades de observación, lo que traerá aparejado nuevos descubrimientos; ya que cada vez que damos un salto tecnológico de este tipo aparecen objetos y fenómenos nuevos”.

Y agrega: “Entre los objetivos del James Webb está la observación de sistemas planetarios en formación y posiblemente planetas. Observa en una región muy apropiada del espectro para captar estos objetos fuera [de nuestro vecindario cósmico], y también los planetas y cuerpos menores del Sistema Solar”. (Aunque los científicos del James Webb no mostraron esas imágenes, durante la conferencia de prensa comentaron que ya lo habían apuntado hacia Júpiter…)

El astrofísico argentino-uruguayo Félix Mirabel, también del IAFE, menciona que el Telescopio Espacial James Webb será importante para avanzar en la respuesta de un enigma todavía irresuelto: ¿cómo pueden haberse generado agujeros negros de miles de millones de masas solares en épocas muy tempranas del universo?

“Estamos muy seguros de que nos va a permitir saber en forma observacional cómo se dieron esos procesos –explica, circunstancialmente desde la Normandía francesa–. Esta cuestión es un puzzle. ¿Cómo pueden haberse formado tan temprano? Algunos piensan que serían de origen primigenio; o sea, que se habrían comenzado a formar cuando el universo tenía menos de un segundo. Otros plantean orígenes más relacionados con la formación de las primeras estrellas, que serían muy masivas. Para detectar esas estrellas se van a necesitar observaciones muy profundas y seleccionar muy bien la dirección, porque no serían muchas. Se trataría de objetos muy especiales, de miles de masas solares. Si existieron, creo que con el Webb quizás se puedan detectar. Se va a poder diferenciar si esos agujeros negros se formaron a partir de eventos masivos y cómo acretaron materia para ‘engordar’ hasta tener las masas que se observan. Además, mediante espectroscopía, se podrán detectar trazas de la existencia de vida en planetas extrapolares”.

La imagen del "campo profundo", la más nítida obtenida de esa zona del cielo en el infrarrojo

“Estamos todos deslumbrados por la calidad y potencia de las primeras imágenes y podemos tender a pensar que finalmente apareció el instrumento que va a cambiar nuestra comprensión del universo –se entusiasma la astrofísica argentina Gloria Dubner, ex directora del IAFE–. El JWST es una tecnología maravillosa y va a traer información nueva a casi todas las escalas, desde cósmicas a planetarias. Pero las revoluciones del conocimiento necesitan aportes distintos, de telescopios operando en otras bandas del espectro y otro tipo de mensajeros, y hay varios ya operando o en camino (ALMA, SKA, Lynx, etcétera)”.

Para Dubner, especializada en el estudio de las supernovas, a escala cósmica no irá hasta el Big Bang (como [los satélites] WMAP o Planck), “pero va a llegar hasta la etapa de los primeros objetos del universo, estrellas y galaxias. Ahí puede dar datos fundamentales para aprender cómo cambió la organización de la materia con el tiempo; por qué hoy hay galaxias espirales, elípticas, etcétera, si las primeras eran más amorfas?”.

La científica también considera que permitirá avanzar en el conocimiento de cómo eran las estrellas originales. “Cuando usamos las supernovas para medir el universo, ¿sabemos si esas estrellas explotaron igual a como lo vemos ahora? ¿Tenían el mismo brillo?”.

Según el físico Guillermo Abramson, divulgador de la astronomía, "Las primeras imágenes del Telescopio Webb son extraordinarias, tal como preveíamos habiendo visto las pruebas de ingeniería que se hicieron durante la puesta a punto del instrumento en los últimos meses. Los objetos fotografiados están muy cuidadosamente elegidos: dos imágenes que muestran la evolución del universo, dos sobre la evolución de las estrellas, y una sobre ¿la evolución de la vida?"

Para este especialista, la más impresionante es el "Campo Profundo", la que presentaron ayer en la Casa Blanca. Una comparación con el mismo campo, fotografiado por el Hubble, muestra el enorme salto que representa el telescopio Webb: no es marginalmente mejor que el Hubble, es una generación nueva de instrumentos, tanto ópticamente como en sus sensores. "Vemos unas pocas estrellas de nuestra propia galaxia, son los puntos brillantes que tienen 6 rayos, producidos por la peculiar geometría del telescopio, al que nos tenemos que acostumbrar (el Hubble y muchos otros telescopios producen cuatro rayitos alrededor de las estrellas brillantes). En el medio vemos el cúmulo de galaxias que le da nombre a la foto: MACS 0723 –destaca–. Son las blancuzcas, algunas de ellas muy extendidas. Los cúmulos de galaxias son los ladrillos que forman el universo. Cada galaxia es una colección de cientos de miles de millones de estrellas, que no podemos ver individualmente en fotos como esta, ni siquiera con el Webb (este cúmulo está tan lejos que la luz que vemos partió al mismo tiempo que se estaban formando el Sol y la Tierra). Observamos su luz combinada, pero logramos distinguir unos grumos, que son grandes asociaciones de estrellas en cada galaxia. Mezcladas con las galaxias blancas del cúmulo vemos una cantidad de arcos royos y anaranjados: también son galaxias, con formas muy distintas a las que estamos habituados. Son mucho más lejanas que las del cúmulo, cuya gravedad actúa como una gigantesca lente natural distorsionando y amplificando la luz que lo atraviesa. Finalmente, esparcidas por el campo, vemos miles y miles de puntitos pequeños: son más y más galaxias, hasta el confín de los tiempos. El telescopio midió la distancia a algunas de ellas produciendo unos exquisitos espectros de su luz. Las más lejanas se ven como pequeños puntitos rojos, y hay una identificada cuya luz partió hace 13 mil 100 millones de años, cuando el universo era un bebé, medía la décima parte que lo que mide ahora, y las galaxias eran muy distintas. En sus espectros, sin embargo, Webb identificó la presencia de elementos pesados, indicando que a pesar de ser tan distintas, ya habían pasado por una o más generaciones de estrellas, que enriquecieron su química con respecto al hidrógeno y helio primordiales, que vienen del origen del universo. Vale la pena comentar que el campo fotografiado es pequeñísimo, como un granito de arena sostenido con el brazo extendido: si sostenemos una birome con el brazo en alto, la bolita de la punta está eclipsando la luz de cien mil galaxias, cada una de ellas con centenares de miles de millones de estrellas, más sus planetas, sus lunas, sus cometas, y la mar en coche. El Webb obtuvo esta imagen en una exposición de 12 horas de ese campo. Los campos profundos del Hubble (menos profundos que este, recordemos) llevan semanas".

Sigue detallando Abramson: "La imagen más cercana compartida hoy no es una foto, sino un espectro de la atmósfera de un planeta pasando por delante de su estrella, un mini eclipse durante el cual el Webb pudo pizpear fugazmente la composición química de sus gases. No es una imagen atractiva como una foto, pero esconde tesoros que recién se van a empezar a analizar. Esa curva con subidas y bajadas muestra que hay vapor de agua y cuánta hay, que hay nubes y bruma, que hay vientos. Algún día, observando alguno de estos planetas lejanos, Webb nos mostrará que existe algún gas que delate la presencia de vida. El proyecto del Webb se inició en 1995, el mismo año que se descubrió el primero de estos planetas alrededor de otras estrellas. ¡Hoy conocemos miles! El proyecto original seguramente ni siquiera contemplaba este tipo de observaciones de atmósferas a mil años luz de distancia". 

Y concluye: "Las cuatro fotos que vimos hoy son hermosas, pero son sólo astrofotos. Esas galaxias, ¿cómo son?, ¿cuántas hay?, ¿cuánto pesan?, ¿cómo son sus estrellas, de qué están hechas?, ¿cómo llegaron a convertirse en "vías lácteas"? Esconden un tesoro de información codificada en su luz, y la ciencia del Webb recién empieza.  Las imágenes se ven hermosamente multicolores. Me sorprendió un poco. Webb no ve luz, sino radiación infrarroja, que nuestros ojos no pueden ver, pero que desde el punto de vista de la astronomía es mejor que la luz, porque es más penetrante en el espacio interestelar e intergaláctico. Pero la radiación infrarroja no es distinta de la luz, es el mismo fenómenos físico. Es luz, sólo que luz que no podemos ver. Para construir imágenes que podamos apreciar nosotros, primates visuales, los astrónomos le asignan a cada color infrarrojo un color de luz visible. Lo que vemos como azul en las fotos del Webb es un infrarrojo completamente invisible para el ojo humano. Yo no sabía cómo iba a quedar, y me daba un poco de miedo de que no fueran imágenes tan atractivas como las del Hubble, que durante más de una generación han capturado la imaginación de la gente. El resultado es magnífico".

El nuevo ojo en el espacio también permitirá conocer más detalladamente “la formación de estrellas y astros con discos planetarios –destaca Dubner–: ahí puede hacer aportes fantásticos, atravesando los discos de polvo  y mirando bien adentro. Eso necesitará (pienso yo) complementarse con estudios moleculares de ALMA. También permitirá estimar cuáles de esos planetas extrasolares tienen chance de generar y/o albergar vida”.

“Con este nuevo telescopio, que funciona incluso mejor de lo que se esperaba, se abre una época muy particular –cierra Mirabel–. Nos da la esperanza de que se podrá avanzar en preguntas fundamentales de la astrofísica”.