Webb: sobre gemas cósmicas y cumplir con lo prometido

Cuando el telescopio espacial James Webb estuvo listo para comenzar sus operaciones científicas, apenas medio año después de su lanzamiento en diciembre de 2021, la comunidad astronómica global exhaló un inaudible suspiro colectivo de alivio. Se escribía así un final feliz para uno de los proyectos más ambiciosos y controvertidos de la astronomía moderna. Desde su concepción en la última década del siglo pasado, el camino del Webb estuvo plagado de retrasos y problemas de gestión que, hasta en dos ocasiones, estuvieron muy cerca de suponer su cancelación. El coste final de 10 000 millones de dólares supuso que muchas otras misiones más modestas no salieran adelante, hasta tal punto que algunos medios llegaron a referirse al Webb como “el telescopio que devoró la astronomía”.

Pero cuando, en una muy anticipada rueda de prensa, el presidente de los EE. UU. Joe Biden reveló las primeras imágenes científicas del observatorio quedó inmediatamente claro que, con su incomparable sensibilidad y calidad de imagen, Webb había venido para quedarse y revolucionar el estudio del Universo temprano, cuya luz nos llega en el rango infrarrojo tras viajar durante miles de millones años (o gigaaños). En pocos años Webb ha multiplicado el número de galaxias conocidas en el primer gigaaño tras el Big Bang, incluyendo mi descubrimiento favorito hasta la fecha.

Uno de los sistemas observados con gran detalle por Webb recientemente ha sido un conocido cúmulo de galaxias con desplazamiento al rojo de 0,97, cuando el Universo tenía 6 gigaaños. Irónicamente, el objetivo principal de esas observaciones no es estudiar su población de galaxias (que, por supuesto, se hará también), sino aprovechar el efecto lente gravitatoria que produce su elevada masa para escudriñar la miríada de galaxias a muy alto desplazamiento al rojo que ejercen de dramático telón de fondo. La luz lejana de una de esas galaxias, denominada las Gemas Cósmicas, nos llega desde una época en la que el universo tenía tan solo 460 millones de años (o desplazamiento al rojo z=10,2).

En este alargado arco gravitatorio, Webb ha revelado la presencia de cinco cúmulos estelares con edades muy bajas, de apenas cincuenta millones de años, masas que superan el millón de soles y tamaños extremadamente compactos. Estas propiedades derivan en densidades estelares desconocidas en el Universo local, pero, de acuerdo a los modelos vigentes, es exactamente lo que se esperaría si fueran cúmulos globulares en formación. ¡Webb ha observado, por vez primera, protocúmulos globulares! Los cúmulos globulares son vetustas y densas agrupaciones estelares con masas entre decenas de miles y varios millones de soles que pueblan los halos del grueso de las galaxias masivas en el Universo local. Nuestra propia Vía Láctea cuenta con casi 200 globulares, mientras que en Andrómeda superan las tres centenas. Por poner su densidad extrema en contexto, en la distancia que separa el sol de Alfa Centauri, la estrella más cercana, un globular típico alberga decenas de miles de estrellas. Aunque los protocúmulos globulares que conforman las Gemas Cósmicas son aún más compactos y densos, los efectos combinados de la evolución estelar y orbital (tanto interna como externa) anticipan una expansión conforme envejecen que encajaría perfectamente con las propiedades de los globulares actuales.

Con los datos disponibles es imposible asegurar que estos cúmulos hayan podido sobrevivir intactos durante los últimos 13 300 millones de años, pero una posibilidad excitante es que, encontrándose tan cerca unos de otros, se hayan fusionado para dar lugar a lo que se denomina un cúmulo nuclear estelar. Como su nombre indica, esta otra familia de cúmulos reside en las zonas más internas de las galaxias, y se caracterizan por tener masas y densidades superiores a las de los globulares—además de poblaciones estelares más complejas que indican historias de formación más variadas. Aún más, las altas densidades de los cúmulos de las Gemas Cósmicas favorecerían la fusión de agujeros negros estelares en su interior y, de esta manera, el crecimiento de agujeros negros de masa intermedia.

Mientras la comunidad astronómica se regocija con los descubrimientos del Webb, en la NASA no olvidan el tortuoso camino que supuso su construcción. Las enseñanzas extraídas de ese proceso se aplican ya en el incipiente desarrollo de su próximo buque insignia y sucesor del telescopio espacial Hubble: el Habitable Worlds Observatory. Pero esa es otra historia.

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 (ESO, Chile) y el Instituto de Astrofísica Herzberg (Canadá), actualmente forma parte de la plantilla del Observatorio Real de Edimburgo, en Escocia. Allí divide su tiempo entre el desarrollo de nueva instrumentación astronómica para grandes telescopios, como el ELT, y el estudio de las galaxias, sus satélites y sus cúmulos estelares.

*Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez