El telescopio Webb de la NASA observa una galaxia que despeja misteriosamente la niebla del universo primitivo

Gracias a la singular sensibilidad infrarroja del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, los investigadores pueden examinar galaxias antiguas para desvelar los secretos del universo primitivo. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha identificado una brillante emisión de hidrógeno procedente de una galaxia en un momento inesperadamente temprano de la historia del universo. Este sorprendente hallazgo desafía a los investigadores a explicar cómo esta luz pudo atravesar la densa niebla de hidrógeno neutro que llenaba el espacio en aquel entonces.

La increíblemente distante galaxia JADES-GS-z13-1, observada tan solo 330 millones de años después del Big Bang, fue descubierta inicialmente mediante imágenes profundas de la cámara NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha identificado definitivamente una potente emisión de hidrógeno procedente de esta galaxia en un período inesperadamente temprano de la historia del universo. JADES-GS-z-13 presenta un corrimiento al rojo (z) de 13, lo que indica su edad y distancia. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), Joris Witstok (Cambridge, Universidad de Copenhague), P. Jakobsen (Universidad de Copenhague), Alyssa Pagan (STScI), Mahdi Zamani (ESA/Webb), Colaboración JADES

El telescopio Webb descubrió la galaxia increíblemente distante JADES-GS-z13-1, cuya existencia se observó tan solo 330 millones de años después del Big Bang, en imágenes tomadas por la NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Webb como parte del Sondeo Extragaláctico Profundo Avanzado del Telescopio Espacial James Webb (JADES). Los investigadores utilizaron el brillo de la galaxia en diferentes filtros infrarrojos para estimar su corrimiento al rojo, que mide la distancia de una galaxia a la Tierra basándose en cómo se ha extendido su luz durante su viaje a través del espacio en expansión.

Las imágenes de NIRCam arrojaron una estimación inicial del corrimiento al rojo de 12,9. Para confirmar su extremo corrimiento al rojo, un equipo internacional liderado por Joris Witstok, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), así como por el Centro del Amanecer Cósmico y la Universidad de Copenhague (Dinamarca), observó la galaxia utilizando el instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) del Webb.

En el espectro resultante, se confirmó que el corrimiento al rojo era de 13,0. Esto equivale a una galaxia vista tan solo 330 millones de años después del Big Bang, una pequeña fracción de la edad actual del universo, de 13 800 millones de años. Pero también destacó una característica inesperada: una longitud de onda de luz específica y distintivamente brillante, conocida como emisión Lyman-alfa, radiada por átomos de hidrógeno. Esta emisión fue mucho más intensa de lo que los astrónomos creían posible en esta etapa temprana del desarrollo del universo.

“El universo primitivo estaba envuelto en una densa niebla de hidrógeno neutro”, explicó Roberto Maiolino, miembro del equipo de la Universidad de Cambridge y el University College de Londres. “La mayor parte de esta neblina se disipó en un proceso llamado reionización, que se completó aproximadamente mil millones de años después del Big Bang. GS-z13-1 se observa cuando el universo tenía tan solo 330 millones de años, pero muestra una señal sorprendentemente clara y reveladora de emisión Lyman-alfa que solo se puede observar una vez que la niebla circundante se ha disipado por completo. Este resultado fue totalmente inesperado para las teorías de la formación temprana de galaxias y ha sorprendido a los astrónomos”.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha detectado luz inesperada proveniente de una galaxia distante. La galaxia JADES-GS-z13-1, observada tan solo 330 millones de años después del Big Bang (correspondiente a un corrimiento al rojo de z=13,05), muestra una brillante emisión de hidrógeno conocida como emisión Lyman-alfa. Esto resulta sorprendente, ya que dicha emisión debería haber sido absorbida por una densa niebla de hidrógeno neutro que cubría el universo primitivo. En este gráfico, la línea azul continua muestra el espectro promediado y depurado, mientras que el azul tenue muestra las barras de error. Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA, S. Carniani (Scuola Normale Superiore), P. Jakobsen (Universidad de Copenhague), Joseph Olmsted (STScI)

Antes y durante la era de la reionización, las inmensas cantidades de niebla de hidrógeno neutro que rodeaban las galaxias bloqueaban la luz ultravioleta energética que emitían, de forma similar al efecto de filtrado del vidrio coloreado. Hasta que se formaron suficientes estrellas y fueron capaces de ionizar el hidrógeno, dicha luz, incluida la emisión Lyman-alfa, no pudo escapar de estas galaxias incipientes para llegar a la Tierra. Por lo tanto, la confirmación de la radiación Lyman-alfa procedente de esta galaxia tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión del universo primitivo.

“Realmente no deberíamos haber encontrado una galaxia como esta, dada nuestra comprensión de la evolución del universo”, dijo Kevin Hainline, miembro del equipo de la Universidad de Arizona. “Podríamos pensar que el universo primitivo estaba envuelto en una densa niebla que dificultaría enormemente la detección de incluso potentes faros que la atravesaran, pero aquí vemos el haz de luz de esta galaxia perforando el velo. Esta fascinante línea de emisión tiene enormes implicaciones para cómo y cuándo se reionizó el universo”.

La fuente de la radiación Lyman-alfa de esta galaxia aún se desconoce, pero podría incluir la primera luz de la primera generación de estrellas que se formó en el universo. «La gran burbuja de hidrógeno ionizado que rodea esta galaxia podría haber sido creada por una población peculiar de estrellas, mucho más masiva, caliente y luminosa que las estrellas formadas en épocas posteriores, y posiblemente representativa de la primera generación de estrellas», afirmó Witstok. Un potente núcleo galáctico activo  impulsado por uno de los primeros agujeros negros supermasivos, es otra posibilidad identificada por el equipo.

Esta investigación fue publicada el miércoles en la revista Nature.

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. El Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).

Contacto con los medios

Bethany Downer

ESA/Webb, Baltimore

Instituto Científico del Telescopio Espacial Christine Pulliam , Baltimore

Publicado en Webb Space Telescope el 26 de marzo del 2025, enlace publicación.