El telescopio espacial James Webb detectó las moléculas orgánicas más distantes del universo

Un equipo internacional de astrónomos ha detectado moléculas orgánicas complejas en la galaxia más distante hasta la fecha utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA. Se trata de marañas de enormes complejos orgánicos que están a la deriva a través de una galaxia lejana, ubicada a 12.000 millones de años luz de la Tierra o 3.800 millones de parsecs.

Los científicos nunca habían visto tales moléculas tan lejos de la Tierra, y su presencia sugiere que su galaxia anfitriona estaba ocupada creando estrellas al principio de la historia del Universo, según apuntan en el artículo del equipo, “Variaciones espaciales en la emisión de hidrocarburos aromáticos en una galaxia rica en polvo”, publicado en Nature.

El descubrimiento de las moléculas, que son familiares en la Tierra en forma de humo, hollín y smog, demuestra el poder de Webb para ayudar a comprender la química compleja que va de la mano con el nacimiento de nuevas estrellas, incluso en los períodos más tempranos del universo. Al menos para las galaxias, los nuevos hallazgos arrojan dudas sobre el viejo adagio que dice ‘donde hay humo, hay fuego’.

Utilizando el telescopio Webb, el astrónomo de la Universidad de Texas A&M Justin Spilker y sus colaboradores encontraron las moléculas orgánicas en esta distante galaxia. Debido a su extrema distancia, la luz detectada por los astrónomos comenzó su viaje cuando el universo tenía menos de 1500 millones de años, aproximadamente el 10 % de su edad actual. La galaxia fue descubierta por primera vez por el Telescopio del Polo Sur de la Fundación Nacional de Ciencias en 2013 y desde entonces ha sido estudiada por muchos observatorios, incluido el radiotelescopio ALMA y el Telescopio Espacial Hubble.

Como se ve desde la Tierra, la galaxia, conocida como SPT0418-47, se encuentra detrás de otra galaxia más cercana. La gravedad de la galaxia intermedia dobla y distorsiona la luz de SPT0418-47, haciéndola unas 30 veces más brillante de lo que parecería, un efecto llamado lente gravitacional.

Spilker señala que el descubrimiento fue posible gracias a los poderes combinados de Webb y el destino, con un poco de ayuda de un fenómeno llamado lente gravitacional. La formación de lentes, originalmente predicha por la teoría de la relatividad de Albert Einstein, ocurre cuando dos galaxias están casi perfectamente alineadas desde nuestro punto de vista en la Tierra. La luz de la galaxia de fondo es estirada y magnificada por la galaxia de primer plano en forma de anillo, conocida como anillo de Einstein.

“Al combinar las asombrosas capacidades de Webb con una ‘lupa cósmica’ natural, pudimos ver incluso más detalles que de otra manera”, dijo Spilker, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de Texas A&M y miembro del George P. y Cynthia Woods Instituto Mitchell de Física Fundamental y Astronomía. “Ese nivel de ampliación es en realidad lo que nos hizo interesarnos en mirar esta galaxia con Webb en primer lugar, porque realmente nos permite ver todos los detalles ricos de lo que constituye una galaxia en el universo primitivo que nunca podríamos ver de otra manera”, agregó.

Los datos de Webb encontraron la firma reveladora de grandes moléculas orgánicas similares al smog y el humo, componentes básicos de las mismas emisiones de hidrocarburos que causan cáncer en la Tierra y que son contribuyentes clave a la contaminación atmosférica. Sin embargo, Spilker dice que las implicaciones de las señales de humo galácticas son mucho menos desastrosas para sus ecosistemas cósmicos.

“Estas grandes moléculas son bastante comunes en el espacio. Los astrónomos solían pensar que eran una buena señal de que se estaban formando nuevas estrellas. Dondequiera que vieras estas moléculas, las estrellas bebés también estaban allí resplandeciendo”, precisó Spilker, que junto a su equipo quería encontrar hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que son compuestos químicos que se encuentran en el hollín y el humo. También se forman cerca de estrellas jóvenes y masivas que emiten mucha luz ultravioleta.

Al alimentarse de esa energía, las moléculas crecen y eventualmente se asemejan a partículas de humo u hollín que flotan en el espacio. Ayudan a regular cómo se calienta y se enfría el gas dentro de las galaxias y, por lo tanto, ayudan a controlar cómo nacen nuevas estrellas, dice Stacey Alberts, astrónoma de la Universidad de Arizona en Tucson.

Estudios anteriores de SPT0418-47 habían detectado áreas donde podrían haberse estado formando estrellas, pero no pudieron detectar HAP. Las moléculas son difíciles de detectar, excepto en longitudes de onda de luz infrarrojas, que JWST destaca en el estudio. Entonces, el equipo de Spilker apuntó el telescopio a la galaxia en agosto pasado, en lo que fueron algunas de sus primeras observaciones científicas. Meses después, finalmente procesaron los datos y surgieron los PAH.

Las moléculas aparecen como parches brillantes dentro del anillo de la galaxia. Esa irregularidad sorprendió a Spilker. “Dondequiera que vemos las moléculas se forman estrellas, pero también hay partes en ese anillo donde se forman estrellas donde no vemos las moléculas”, dice. “Esa es la parte que aún no entendemos realmente”.

¿Universo primitivo?

Los nuevos resultados de Webb muestran que esta idea podría no sonar exactamente cierta en el universo primitivo, según Spilker. “Gracias a las imágenes de alta definición de Webb, encontramos muchas regiones con humo pero sin formación de estrellas, y otras con nuevas estrellas formándose pero sin humo”, agregó Spilker.

El estudiante graduado de Urbana-Champaign de la Universidad de Illinois, Kedar Phadke, quien dirigió el desarrollo técnico de las observaciones de Webb del equipo, señaló que los astrónomos están usando Webb para hacer conexiones a través de la inmensidad del espacio con un potencial sin precedentes.

“Descubrimientos como este son precisamente para lo que se creó Webb: comprender las etapas más tempranas del universo de formas nuevas y emocionantes. Es sorprendente que podamos identificar moléculas a miles de millones de años luz de distancia con las que estamos familiarizados aquí en la Tierra, incluso si aparecen en formas que no nos gustan, como smog y humo. También es una poderosa declaración sobre las asombrosas capacidades de Webb que nunca antes habíamos tenido”, remarcó Phadke.

El liderazgo del equipo también incluye a la astrónoma del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA Jane Rigby, el profesor de la Universidad de Illinois Joaquín Vieira y docenas de astrónomos de todo el mundo. El descubrimiento es la primera detección de moléculas complejas de Webb en el universo primitivo, un hito que Spilker ve como un comienzo en lugar de un final.

“Estos son los primeros días para el Telescopio Webb, por lo que los astrónomos están emocionados de ver todas las cosas nuevas que puede hacer por nosotros, dijo Spilker.

Y se preguntó “¿Detectar humo en una galaxia al principio de la historia del universo? Webb hace que esto parezca fácil. Ahora que hemos demostrado que esto es posible por primera vez, esperamos tratar de entender si es realmente cierto que donde hay humo, hay fuego. Tal vez incluso podamos encontrar galaxias que son tan jóvenes que moléculas complejas como estas aún no han tenido tiempo de formarse en el vacío del espacio, por lo que las galaxias son todo fuego y nada de humo. La única forma de saberlo con certeza es mirar más galaxias, con suerte incluso más lejos que esta”, apuntó Spilker.

Seguir leyendo: