¡Claro que sí! Esa mancha anaranjada borrosa en la foto, que parece no decirnos nada, es en realidad una galaxia. Su nombre es Maisie, y es la galaxia más antigua jamás observada por un ser humano. Uno de los primeros objetos capturados en el verano de 2022 por nuestro nuevo y poderoso ojo cósmico: el Telescopio Espacial James Webb. Esta simple mancha representa el amanecer de una nueva era astronómica, y la razón de todo esto es su edad.
Los científicos han confirmado oficialmente cuántos años tenía el universo en el momento en que capturamos la imagen. Maisie ha existido desde que el universo tenía solo 390 millones de años, hace 13,8 mil millones de años. Esto la convierte en una de las cuatro galaxias más antiguas jamás vistas por el ojo humano.
“La imagen de esta galaxia captura un momento muy remoto del universo. No podríamos haberla observado sin el James Webb”, dijo Steven Finkelstein, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin e investigador principal del proyecto CEERS (Centre for Exoplanets and Extragalactic Research) (ref). “Este fue el período cósmico en el que no sabíamos cómo se formaban las galaxias o cómo lucían. Hoy, con el James Webb, las hemos buscado. Cuando llegaron los primeros datos el verano pasado, la galaxia de Maisie fue una de las primeras que se identificaron”.
¿Cómo se eligió el nombre?
Las otras galaxias identificadas por el James Webb tienen apodos bastante áridos y formales, como CEERS 1019, CEERS 2782 y CEERS 746. El nombre Maisie se destaca claramente entre todos. Este objeto celeste remoto recibe su nombre de la hija de Finkelstein. “Encontramos la galaxia en los datos del James Webb en el noveno cumpleaños de mi hija. Su nombre es Maisie. Debido a esta coincidencia, empecé a llamarla así”, explicó Finkelstein.
“Cuando llegó el momento de escribir el artículo (ref.), estábamos discutiendo cómo llamarla. Los otros investigadores sugirieron simplemente ponerle el nombre Maisie y ver qué sucedía. Lo conseguimos y lo publicamos con ese nombre”. Si bien es imposible que Finkelstein se equivoque con la edad de su hija, calcular la edad de las galaxias en el universo primitivo es mucho más complicado.
Esto significa que determinar que la galaxia Maisie es la más antigua jamás vista requirió una investigación minuciosa. Puede que no parezca mucho, pero esta imagen borrosa es una de las galaxias más importantes de la historia astronómica reciente.
La técnica del desplazamiento al rojo
Para saber cuán lejos está una galaxia, es necesario conocer cuánto tiempo ha viajado su luz hacia nosotros. Esto significa, en términos simples, determinar en qué período se encontraba el universo mientras la estamos observando. Los astrónomos utilizan una técnica llamada “desplazamiento al rojo” (redshift). Diferentes longitudes de onda de la luz corresponden a diferentes colores en el espectro visible. La luz con longitudes de onda largas y baja frecuencia es roja, mientras que la luz con longitudes de onda cortas y alta frecuencia es azul.
A medida que la luz viaja hacia nosotros desde una fuente distante, la expansión del cosmos hace que la fuente de esa luz se aleje de nosotros al mismo tiempo. Este fenómeno hace que las longitudes de onda de la luz que estamos observando se estiren, perdiendo energía y cambiando de frecuencia.
Los astrónomos lo llaman desplazamiento al rojo porque la luz esencialmente se desplaza hacia el extremo rojo del espectro electromagnético. En algunos casos, la luz observada puede incluso caer en el infrarrojo y volverse invisible para el ojo humano. Cuanto más largo es el viaje, más extremo es el desplazamiento al rojo. En el caso de las primeras galaxias como la galaxia de Maisie, la luz ha viajado durante más de 10 mil millones de años. Como resultado, su luz se ha desplazado hacia la región del infrarrojo. Es por esta razón que diseñamos un telescopio espacial como el James Webb. Una herramienta extraordinaria para la búsqueda de objetos en el universo primitivo en la región del infrarrojo.
La importancia de James Webb
“No podíamos realmente verlo antes del James Webb”, explicó. “El Telescopio Espacial Hubble no era lo suficientemente grande ni, lo que es más importante, no cubría longitudes de onda en el infrarrojo para observar una galaxia tan distante y altamente desplazada al rojo”.
Las estimaciones iniciales del desplazamiento al rojo, y por lo tanto la edad de la galaxia de Maisie, se basaron en fotometría. La técnica funciona analizando la luminosidad en las imágenes. Estos cálculos sugirieron que la galaxia tenía un desplazamiento al rojo de 11.8. Pero Finkelstein y el equipo de CEERS querían una estimación mucho más precisa.
Para hacerlo, llevaron a cabo observaciones con el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del James Webb. Esto permitió a Finkelstein y sus colegas observar las líneas espectrales, dictadas por las absorciones y emisiones de elementos químicos a longitudes de onda específicas. A partir de estos datos, pudieron determinar el desplazamiento al rojo real de la galaxia de Maisie, que es 11.4. Y esto confirma que Maisie es la galaxia más antigua jamás observada.
¿Cómo era el universo hace 13 mil millones de años?
Finkelstein explicó que la galaxia de Maisie es muy diferente de las galaxias del universo actual. “El universo era bastante activo cuando se formó la galaxia de Maisie. Su masa está concentrada en un volumen muy pequeño”, dijo Finkelstein. “Además, las galaxias estaban mucho más cerca unas de otras y se fusionaban con mucha más frecuencia. Dado que el universo tenía solo alrededor de 400 millones de años, todas las estrellas a su alrededor son jóvenes. Entonces, había muchas más estrellas brillantes y azules en ese momento de las que vemos en las galaxias hoy en día”.
Maisie, la galaxia más antigua jamás vista, se diferencia de las “modernas” en el sentido de que, durante el tiempo que la estamos observando, parece que se están formando estrellas jóvenes y azules rápidamente. Hemos logrado fotografiarla en el período que los astrónomos llaman “explosión estelar”. Por lo tanto, si sus estrellas jóvenes son brillantes y azules, significa que esta galaxia altamente desplazada al rojo es en realidad mucho más “azul” de lo que los astrónomos esperaban. “La galaxia de Maisie está experimentando una formación estelar a un ritmo mucho mayor. Es realmente como una bola compacta de estrellas azules”.
Por estas razones, Maisie es pobre en elementos pesados y tiene una composición primordial de hidrógeno y helio. Además, es mucho más brillante de lo que los astrónomos esperaban, una característica que también se ha encontrado en otras galaxias primordiales observadas con el James Webb.
Análisis futuros
“La galaxia de Maisie nos dio la primera indicación de que las primeras galaxias son más brillantes de lo que esperábamos, lo que las hace más fáciles de encontrar”, dijo Finkelstein. “Nuestra idea sobre cómo se forman las estrellas en la primera era del universo podría requerir una revisión. Es posible que las galaxias estuvieran formando estrellas de manera más eficiente de lo que pensábamos”.
Finkelstein continuará examinando la galaxia de Maisie con el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) del James Webb, profundizando en el espectro de luz en un esfuerzo por descubrir cuán rica está en elementos pesados y si alberga granos de polvo interestelar.
“La galaxia de Maisie definitivamente nos ofrece un buen ejemplo de lo que es una galaxia en el universo primitivo. Y como es bastante brillante, podemos estudiarla fácilmente y medir muchas cosas como su masa estelar, su forma y la cantidad de elementos pesados”, concluyó Finkelstein. “Al final, es solo la primera de las muchas galaxias que podemos usar para descubrir el universo primitivo”.