El Universo temprano: novedades desde la frontera cósmica

El telescopio espacial James Webb, tras algo más de tres años escudriñando el cosmos, ha abierto de par en par un ventanal que nos asoma a los primeros mil millones de años del Universo, desvelando un cosmos que se ensambló más rápida y espectacularmente que lo que hasta ahora habíamos imaginado. 

Antes del Webb, los astrónomos anticipábamos un crecimiento gradual de las primeras galaxias, una dispersa población en germinación que se esforzaba por parir sus primeras estrellas. En lugar de esto, el telescopio ha revelado una gran abundancia de galaxias primigenias inesperadamente brillantes y masivas que ya habían logrado formar una fracción sustancial de sus poblaciones estelares cuando el Universo estaba aún en su infancia. Sorprendentemente, algunos de estos leviatanes ya habían concluido sus episodios de formación estelar, tornándose reliquias cósmicas que desafían los modelos que describen cómo evolucionan las galaxias.

Estos descubrimientos indican que la infancia del Universo fue de todo menos el proceso simple y ordenado que habíamos predicho. En lugar de amorfos grumos de gas y estrellas, muchas galaxias tempranas exhiben una estructura organizada que recuerda al disco de nuestra propia Vía Láctea—rotación y brazos espirales emergiendo sustancialmente antes de lo que los modelos sugerían. En el seno de estas galaxias Webb ha observado estrellas naciendo en cúmulos estelares muy densos y masivos, que probablemente sean los antepasados de los cúmulos globulares que orbitan la gran mayoría de las galaxias en nuestra madura vecindad cósmica. Aprovechando el efecto de lente gravitatoria, mediante el cual los cúmulos de galaxias masivos ejercen como lupas cósmicas, Webb no solo ha visualizado estas compactas asociaciones, sino también estrellas individuales que nos iluminan desde los albores del cosmos, doce mil millones de años atrás.

Quizás lo más sorprendente haya sido descubrir, en este amanecer cósmico, una vasta población de agujeros negros supermasivos. Sus masas son excesivas para las galaxias que las albergan, contradiciendo una relación sólidamente establecida en el Universo cercano. Con masas de millones o miles de millones de soles en plena infancia del cosmos, su existencia tiene implicaciones fascinantes: o estos agujeros negros nacieron directamente de progenitores extremadamente masivos (más de lo que cualquier estrella actual podría producir) o crecieron con una voracidad que las teorías actuales son incapaces de explicar. Webb ha cazado parejas de agujero negros supermasivos en proceso de fusionarse, ofreciendo quizás una evidencia directa de cómo estos mastodontes han podido alcanzar sus enormes masas tan rápidamente. Estos agujeros negros binarios, separados apenas por unos miles de años-luz, iluminan la violenta danza que ejecutan las primeras galaxias en formación.

De estas observaciones sin precedentes emerge un retrato de la evolución cósmica que transcurre mucho más velozmente que lo predicho por los modelos. Nuestro Universo parece haber sido llamativamente eficiente en producir tanto estrellas como los elementos químicos que se procesan en sus interiores. Sin embargo, a pesar de este rápido enriquecimiento químico temprano, o quizás precisamente por ello, aún no hemos conseguido detectar esa esquiva ‘primera galaxia’, una que esté compuesta únicamente de hidrógeno y helio—los elementos primordiales que han de componer las estrellas que por vez primera iluminaron la negrura del cosmos. Mediante el estudio de objetos primigenios no estamos simplemente catalogando reliquias cósmicas, sino siendo testigos de los procesos que hicieron nuestra propia existencia posible. Los elementos pesados forjados en los hornos estelares primigenios, la energía depositada por los primeros agujeros negros, la transparencia cósmica esculpida por la reionización… todos estos fenómenos generaron las condiciones necesarias para la formación posterior de estrellas, planetas y, finalmente, la vida.

Cada fotón que viaja durante miles de millones de años hasta encontrarse con el espejo dorado del Webb encierra información que altera nuestra percepción de la historia del Universo. Lo que nos cuentan es que el cosmos ensambló sus constituyentes fundamentales (estrellas, galaxias y agujeros negros) con una velocidad y eficiencia inusitadas. Estos descubrimientos suponen algo más que pequeñas correcciones a los modelos teóricos: revelan un Universo temprano complejo donde esperábamos simplicidad, y abundante donde anticipábamos escasez. El corolario es que el avance científico se produce no mediante la confirmación de nuestras expectativas, sino hurgando en las limitaciones de nuestras suposiciones. Una premisa que clase política y ciudadanía haríamos bien en adoptar en nuestras vidas cotidianas.

Biografía

Rubén Sánchez Janssen es un astrofísico lagunero que se licenció y doctoró por la Universidad de La Laguna, con un proyecto de tesis desarrollado en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Tras estancias postdoctorales en el Observatorio Europeo Austral (Chile) y el Instituto de Astrofísica Herzberg (Canadá), pasó casi una década en el Observatorio Real de Edimburgo (Escocia) liderando el desarrollo de nueva instrumentación astronómica para grandes telescopios, como el ELT. Actualmente es el director del Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING) en la isla de La Palma.

***Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez