Cómo viajar en el tiempo gracias a las imponentes imágenes del telescopio James Webb

La NASA, junto a las agencias espaciales europea (ESA) y canadiense (CSA), reveló cinco imágenes únicas y nunca antes observadas con tanto detalle de nuestro Universo. Fue la conclusión de un arduo y extenuante trabajo de más de 20 años y miles de científicos colaborando en conjunto para el diseño, construcción, lanzamiento, puesta en órbita, despliegue y comienzo del funcionamiento del telescopio espacial más avanzado jamás construido: el James Webb (JWST).

Como un precioso regalo de Navidad, el 25 de diciembre de 2021 el instrumento de observación más grande y potente construido por la humanidad fue lanzado desde la Guyana Francesa en el confiable cohete europeo Ariane 5. Desde ese entonces, los ingenieros, astrónomos, físicos y cientos de otros científicos han trabajado durante casi siete meses para ponerlo a punto, a fin de que comience a develar las imágenes más espectaculares del universo y revolucionar las observaciones de planetas, sistemas solares, galaxias y cúmulos estelares, hasta presenciar las primeras luces pocos cientos de millones de años después del origen del Universo, hace ya 13.800 millones de años.

El telescopio pasó su primer mes después del despegue “caminando” hacia su estación en órbita alrededor de lo que se llama el punto 2 de Lagrange Tierra-Sol, a 1,5 millones de kilómetros de distancia de la Tierra en el lado opuesto a nuestra estrella. Simultáneamente, la nave espacial se desplegó desde una configuración compacta fácil de lanzar, incluido el enorme parasol en forma de cometa que permite al observatorio estudiar el cosmos en luz infrarroja. El telescopio también desplegó su espejo dorado y pasó semanas afinando las posiciones de sus 18 segmentos hexagonales de oro. Finalmente, el equipo detrás de JWST calibró cada uno de los cuatro instrumentos científicos claves, asegurando que cada uno de los 17 modos de observación de la nave espacial funcionara correctamente.

El James Webb ha sido descrito como una máquina del tiempo, pues, gracias a su visión en el espectro infrarrojo y a su enorme espejo primario, ofrecerá una vista inédita del universo y permitirá mirar hacia atrás más de 13.500 millones de años para ver las primeras galaxias tras el Big Bang, la explosión inicial que dio origen a todo lo que hoy conocemos. “Estamos mirando más de 13.000 millones de años atrás en el tiempo”, dijo Bill Nelson, jefe administrador de la NASA al explicar que el telescopio Webb permitirá a los científicos estudiar la luz de las primeras estrellas que se formaron en el universo.

Cada vez que alzamos la vista al cielo, vemos el pasado. Esta capacidad para mirar aquello que ya pasó está basada en el hecho de que incluso la luz tiene un límite de velocidad, que es de 300.000 km/s. Se trata de una velocidad finita. Por ello, debido al tiempo que tarda en recorrer el espacio, cuanto más lejos está un objeto, más atrás observamos en el tiempo. Como la luz viaja tan rápido y las distancias son tan grandes, en astronomía se expresan las distancias a las estrellas en años luz es decir la distancia que recorre la luz en un año, o sea si recorre 300.000 km en un segundo, en un año la luz recorre 9.461.000.000.000 km. El ejemplo más inmediato es cuando miramos a la Luna, el cuerpo más cercano a la Tierra. Cuando la observamos, producto del reflejo del Sol, estamos viendo cómo era nuestro satélite natural hace 1.2 segundos, debido a la enorme distancia (384 mil kilómetros en promedio) que nos separa de ella y el tiempo que le tomó a la luz recorrer el largo camino hasta la Tierra.

“Otro ejemplo muy interesante ocurre con el Sol, que está situado a 150 millones de kilómetros de distancia. Los rayos del Sol que nos dan luz y calor nos llegan 8 minutos más tarde de cuando nuestra estrella los emitió. Cuando uno mira el cielo mira el pasado. El cielo es una máquina del tiempo en sí misma”, resumió a Infobae el doctor en Astronomía Diego Bagú, director del Planetario de La Plata. “Entonces, cuando vemos la imagen de una estrella que está a 1000 de millones de años luz, lo que estamos viendo es en realidad cómo era ese cuerpo hace 1000 millones de años”, concluyó el experto.

Enrique Pérez Montero, licenciado en Física y doctor en Astrofísica y Cosmología por la Universidad Autónoma de Madrid, también aportó un poco de luz a lo que vemos cuando observamos el cielo: “El gran astrónomo y músico, William Herschel, descubridor del planeta Urano y del disco de la Vía Láctea dijo que probablemente todas las estrellas que veíamos en el cielo no eran sino fantasmas de sí mismas, ya que en el momento en que su imagen nos alcanzaba ya habrían perecido. En realidad todas las estrellas del cielo nocturno pertenecen a nuestra propia Galaxia, que tiene un radio de unos cincuenta mil años luz. Es decir, la luz de una estrella que habita en el extrarradio del disco de la Galaxia tarda cincuenta milenios en llegar a su centro, si no es absorbida antes por las densas nubes de polvo y gas que rellenan este disco”.

“Las vidas de las estrellas son muy variables, y pueden oscilar entre los pocos millones de años de las estrellas más masivas y luminosas hasta los cientos de miles de millones de años que pueden llegar a vivir las estrellas enanas rojas. Es decir, que seguramente todas las estrellas que vemos en el cielo nocturno siguen ahí a pesar de los milenios pasados desde que nos enviaron su luz. Además, la mayoría de esas estrellas no están tan lejos en nuestra Galaxia, sino que pertenecen a lo que se llama la vecindad solar, por lo que normalmente es difícil ver a simple vista estrellas que estén más lejos de mil años luz”, explicó el experto para el Instituto de Astrofísica de Analucía.

Según el cósmologo John C. Mather, Premio Nobel de Física 2006 y científico del proyecto del Telescopio Espacial James Webb, su objetivo principal es “ayudar a comprender la historia del Universo, desde el principio hasta el futuro y nuestro lugar en él”. “Podremos viajar en el tiempo con el James Webb, como nunca antes lo hicimos. Estamos viviendo una época fascinante y lo que viene es mejor”, sostuvo.

“Hoy la NASA mostró una serie de imágenes increíbles tomadas por el telescopio James Webb. Y ayer, la primera imagen que en forma anticipada develaron es una que los astrónomos querían hacer desde hace mucho tiempo. Es una analogía de una de las fotos más importantes que tomó el telescopio Hubble en sus más de 30 años de vida y es sobre la primera imagen mostrada sobre el campo profundo del espacio. Es una imagen bellísima, que refleja un poco de todo lo que no conocemos. Son miles de galaxias con mejor definición que las obtuvo el Hubble. Es una foto impresionante de cómo es una pequeña franja del universo observada hace 4600 millones de años”, sostuvo Bagú.

“La importancia que tiene el James Webb es que es un telescopio que observa en infrarrojo, con distintas cámaras que descomponen la luz en distintos espectros que luego son profundamente analizados. Como opera en infrarrojo y no en solo luz visible, puede penetrar los campos de gases estelares que muchas veces dificultan las observaciones más precisas de las estrellas y galaxias. A partir de cómo es ese espectro (en líneas y franjas) que se miden en forma precisa, junto con un modelo matemático de cómo se comporta el universo, se puede calcular en forma aproximada de la distancia de los objetos que se pueden observar, con un rango de error mínimo”, sostuvo el experto astrónomo.

Y concluyó en forma de metáfora: “Con el telescopio Hubble pudimos ver estrellas y galaxias a miles de millones de años luz. Pero en el rango visible común. Con el James Webb vamos a observar esa misma distancia y aún más gracias a que opera en banda infrarroja. Es como ir al médico que observa la piel y a otro que con una radiografía puede ver más allá hasta los huesos. Los dos son importantes ya que si uno tiene un problema de piel, servirá el rango visible común. Pero si uno tiene quebrado un hueso, será necesario observarlo de otra manera, en este caso mediante una radiografía. El Hubble cambió el paradigma del universo. Nunca se había visto el universo así y no se tenía idea de la energía oscura. Hoy, con el Webb vamos a ver cosas maravillosas y más cercanas a cuando se originó el universo”.

Susana Pedrosa Investigadora del Conicet, doctora en Física y experta en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE), explicó a Infobae la importancia del lanzamiento del James Webb: “El aparato podrá observar el amanecer cósmico, es decir la formación de las primeras galaxias, las primeras poblaciones estelares. Nunca antes se llegó a ver esa luz”.

Y agregó: “Nunca antes se viajó tanto en el tiempo. Las observaciones posibilitarán la creación de nuevos modelos de formación de grandes estructuras como galaxias o cúmulos de galaxias. Con su ayuda podremos descifrar los elementos pesados que se forman cuando nace una estrella o un exoplaneta. Tendremos disponibles su composición química más primigenia. Para aquellos que estudian exoplanetas generará una revolución científica sin precedente”.

La NASA difundió hoy las cinco imágenes recién tomadas por el telescopio espacial James Webb. Las nebulosas de la Carina y del Anillo del Sur, el Quinteto de Stephan (un grupo de cinco galaxias en la constelación de Pegaso), el exoplaneta WASP-96b (a 980 años luz) y el cúmulo de galaxias SMACS 0723 han sido los primeros objetivos del telescopio.

La primera imagen del telescopio James Webb, el mayor que se haya lanzado jamás al espacio, fue revelada ayer en un evento en la Casa Blanca en el que participó el presidente de Estados Unidos, Joe Biden y la vicepresidenta Kamala Harris. La fotografía muestra “un grano de arena sobre la punta de un dedo con el brazo sostenido”, según la analogía que hizo el director de la NASA, Bill Nelson, quien se refirió al espacio fotografiado como “una pequeña porción del universo”. En la imagen aparece un área del espacio llamada SMACS 0723, donde enormes cúmulos de estrellas funcionan como una lupa debido a su enorme fuerza gravitacional, amplificando la luz de galaxias pasadas. Es uno de los lugares más estudiados por el telescopio Hubble, aunque la fotografía revelada ayer tiene una resolución y nivel de detalle nunca antes vistos debido a la complejidad del Webb, que servirá entre otras cosas para sustituir al Hubble.

Otras características de esta icónica foto incluyen los arcos prominentes en este campo. El poderoso campo gravitatorio de un cúmulo de galaxias puede doblar los rayos de luz de galaxias más distantes detrás de él, tal como una lupa dobla y distorsiona las imágenes. Las estrellas también se capturan con picos de difracción prominentes, ya que parecen más brillantes en longitudes de onda más cortas. Nelson, comenzó el evento transmitido en directo afirmando que el presidente Biden y la vice Harris “eran como niños” cuando anoche se les mostró la primera imagen del James Webb. “Hacemos posible lo imposible. Gracias al cohete Ariane que lo transportó y lo colocó en un trayectoria precisa, el telescopio no necesitó consumir mucho combustible, lo que le permitirá extender su vida útil de 10 a 20 años. Así, duplicará su tiempo de servicio”, afirmó Nelson.

Y agregó: “Y esto no se detendrá. Vamos a ir a la Luna y a Marte con el cohete más grande jamás construido. Hoy vamos a ver la formación de las estrellas y con más precisión los agujeros negros. Podrá penetrar a través de las nebulosas estelares para ver las estrellas más lejanas, que exceden los 13.000 millones de años. Y las que vendrán supondrán hasta los 13.500 millones de años, solo algunos cientos de millones de años luz desde que todo comenzó”. “Con las nuevas imágenes, ahora habrá nuevas preguntas que la humanidad se hará”, concluyó Nelson.

Webb observó la firma distintiva del agua, junto con evidencia de nubes y neblina, en la atmósfera que rodea un planeta gigante de gas caliente e hinchado que orbita una estrella distante similar al Sol. La observación, que revela la presencia de moléculas de gas específicas basadas en pequeñas disminuciones en el brillo de colores de luz precisos, es la más detallada de su tipo hasta la fecha, lo que demuestra la capacidad sin precedentes de Webb para analizar atmósferas a cientos de años luz de distancia.

Knicole Colón, astrofísica de la misión James Webb de la NASA explicó al mundo la segunda imagen revelada del poderoso telescopio. “Son nubes en otro mundo. El telescopio capturó la firma del agua en el planeta gaseoso gigante WASP 96-b, que orbita una estrella a 1150 años luz de distancia en la constelación del cielo austral de Phoenix. Por primera vez, hemos detectado evidencia de nubes en la atmósfera de este exoplaneta. La combinación de gran tamaño, período orbital corto, atmósfera hinchada y falta de luz contaminante de objetos cercanos en el cielo hace que WASP-96 b sea un objetivo ideal para las observaciones atmosféricas.

La tercera imagen del James Webb es de algunas estrellas que se apagan con fuerza ubicadas en la nebulosa planetaria del Anillo Sur. La foto muestra una estrella moribunda cubierta por polvo y capas de luz. La vista de Webb de la Nebulosa del Anillo Sur, fotografiada en longitudes de onda del infrarrojo medio, agrega nuevas vistas a un ciclo de muerte y renacimiento estelar, incluidas las misteriosas moléculas de carbono que impregnan el espacio interestelar y el destino final de nuestro propio sistema solar. La escena de esta imagen comenzó cuando una estrella se estremeció y murió, lanzando su propia atmósfera al espacio como una pompa de jabón en expansión. La única parte de la estrella que quedó atrás fue un núcleo hirviendo conocido como enana blanca, en el centro de la imagen.

La mayoría de las estrellas del universo, incluido nuestro sol, terminarán sus vidas en nebulosas como esta. Esa colorida nube de gas eventualmente se expandirá y desaparecerá en el espacio entre las estrellas. Pero la vista infrarroja del telescopio Webb muestra la luz emitida por un conjunto de moléculas de carbono complejas que nacen del mismo proceso: hidrocarburos aromáticos policíclicos o PAH. Esas mismas moléculas de carbono se desplazan por el espacio, asentándose en nubes que luego dan nacimiento a nuevas estrellas, planetas, asteroides, y cualquier forma de vida que pueda brotar posteriormente.

Stephan’s Quintet es un fragmento del cielo nocturno que parece irreal: cinco galaxias que parecen estar casi tocándose entre sí. En 1877, Édouard Stephan, astrónomo del Observatorio de Marsella en Francia, fue el primero en detectar el grupo, ubicado en la constelación de Pegaso. Los astrónomos todavía están trabajando para comprender cómo varias galaxias pueden terminar tan juntas. El quinteto de Stephan, una agrupación visual de cinco galaxias, es mejor conocido por aparecer de manera destacada en la película clásica navideña, “It’s a Wonderful Life”. Hoy, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA revela el Quinteto de Stephan bajo una nueva luz. Este enorme mosaico es la imagen más grande de Webb hasta la fecha y cubre aproximadamente una quinta parte del diámetro de la Luna. Contiene más de 150 millones de píxeles y está construido a partir de casi 1000 archivos de imagen separados. La información de Webb proporciona nuevos conocimientos sobre cómo las interacciones galácticas pueden haber impulsado la evolución de las galaxias en el universo primitivo.

Juntas, las cinco galaxias del Quinteto de Stephan también se conocen como Hickson Compact Group 92 (HCG 92). Aunque se llama un “quinteto”, solo cuatro de las galaxias están realmente juntas y atrapadas en una danza cósmica. La quinta y más a la izquierda, llamada NGC 7320, está en primer plano en comparación con las otras cuatro. NGC 7320 reside a 40 millones de años luz de la Tierra, mientras que las otras cuatro galaxias (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B y NGC 7319) están a unos 290 millones de años luz de distancia. Esto todavía está bastante cerca en términos cósmicos, en comparación con galaxias más distantes a miles de millones de años luz de distancia. Estudiar galaxias relativamente cercanas como estas, ayudará a los científicos a comprender mejor las estructuras que se ven en un universo mucho más distante.

“Es una danza cósmica estelar muy impresionante. Nos enseña cómo se mueven las galaxias. Podemos analizar el componente gaseoso de las estrellas y su distribución. Podemos analizar su temperatura, composición y la velocidad con la que se mueve e interactúa. Estas imágenes fueron tomadas durante cinco días, y cada 5 días tendremos más información y nuevas fotos. Este telescopio está trabajando en forma fantástica”, puntualizó la astrofísica Giovanna Giardino durante la presentación.

Este paisaje de “montañas” y “valles” salpicado de estrellas brillantes es en realidad el borde de una joven región de formación estelar cercana llamada NGC 3324 en la Nebulosa Carina. Capturada en luz infrarroja por el nuevo Telescopio Espacial James Webb de la NASA, esta imagen revela por primera vez áreas de nacimiento de estrellas previamente invisibles. Llamada Cosmic Cliffs, la imagen aparentemente tridimensional de Webb parece montañas escarpadas en una noche iluminada por la luna. En realidad, es el borde de la cavidad gaseosa gigante dentro de NGC 3324, y los “picos” más altos en esta imagen tienen unos 7 años luz de altura. El área cavernosa ha sido excavada en la nebulosa por la intensa radiación ultravioleta y los vientos estelares de estrellas jóvenes, calientes y extremadamente masivas ubicadas en el centro de la burbuja, sobre el área que se muestra en esta imagen.

La abrasadora radiación ultravioleta de las estrellas jóvenes está esculpiendo la pared de la nebulosa al erosionarla lentamente. Los pilares dramáticos se elevan sobre la pared brillante de gas, resistiendo esta radiación. El “vapor” que parece ascender de las “montañas” celestiales es en realidad gas ionizado caliente y polvo caliente que sale de la nebulosa debido a la radiación implacable. Amber Straughn, científica de la NASA explicó la quinta foto de Carina Nebula, que es una guardería de estrellas. Vemos una vasta cantidad de estrellas donde se observan acantilados cósmicos y un mar infinito. Se observan estrellas bebés en la Nebulosa Carina, donde la radiación ultravioleta y los vientos estelares forman paredes colosales de polvo y gas. “Podemos ver cientos de nuevas estrellas. Ejemplos de burbujas y chorros creados por estrellas recién nacidas, con más galaxias al acecho en el fondo”, aclaró la experta.

Hasta ahora, el telescopio solo se ha dirigido a cúmulos estelares en lugares bien estudiados -como la Gran Nube de Magallanes- a fin de probar la calibración de sus instrumentos. Pero los próximos días serán aún más excitantes, con los 60 GB de material diario que le poderoso telescopio espacial puede captar y enviar a la Tierra para seguir ampliando nuestro conocimiento y asombro del Universo.

* Con infografías de Marcelo Regalado

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