Tan pronto como el presidente Biden dio a conocer la primera imagen del Telescopio Espacial James Webb (JWST) el 11 de julio de Pascale Massimo y su equipo entró en acción.
Pascale, una astrofísica de la Universidad de California, Berkeley, y 14 colaboradores se coordinaron en Slack y se repartieron las tareas. La imagen mostraba miles de galaxias en una porción del cielo del tamaño de un alfiler, algunas ampliadas a medida que su luz se inclinaba alrededor de un cúmulo central de galaxias. El equipo se puso a trabajar examinando la imagen, con la esperanza de publicar el primer artículo científico de JWST. “Trabajamos sin parar”, dijo Pascale. “Era como una sala de escape”.
Tres días después, apenas unos minutos antes de la fecha límite diaria en arxiv.org, el servidor donde los científicos pueden cargar las primeras versiones de los artículos, el equipo presentaron su investigación. Perdieron ser los primeros por 13 segundos, "lo cual fue bastante divertido", dijo Pascale.
El vencedores, Guillermo Mahler en la Universidad de Durham en el Reino Unido y sus colegas, analizaron esa misma primera imagen JWST. “Fue un gran placer poder tomar estos datos increíbles y publicarlos”, dijo Mahler. “Si podemos hacerlo rápido, ¿por qué deberíamos esperar?”
La "competencia saludable", como la llama Mahler, destaca el enorme volumen de ciencia que ya está llegando del JWST, días después de que los científicos comenzaran a recibir datos del tan esperado megatelescopio de detección de infrarrojos.
El amanecer del tiempo
Una de las habilidades más promocionadas de JWST es el poder de mirar atrás en el tiempo al universo primitivo y ver algunas de las primeras galaxias y estrellas. El telescopio, que se lanzó el día de Navidad de 2021 y ahora se encuentra a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, ya ha detectado la galaxia más distante y antigua conocida.
Dos equipos encontraron la galaxia cuando analizaron por separado las observaciones del JWST para el sondeo GLASS, uno de más de 200 programas de ciencia programado para el primer año del telescopio en el espacio. Ambos equipos, uno llevó by Rohan Naidu en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Massachusetts y el otro by marco castellano en el Observatorio Astronómico de Roma, identificó dos galaxias especialmente remotas en los datos: una tan lejana que JWST detecta la luz que emitió 400 millones de años después del Big Bang (un empate con la galaxia más antigua jamás vista por el Telescopio Espacial Hubble), y el otro, denominado GLASS-z13, visto como apareció 300 millones de años después del Big Bang. “Sería la galaxia más distante jamás encontrada”, dijo Castellano.
Ambas galaxias parecen extremadamente pequeñas, quizás 100 veces más pequeñas que la Vía Láctea, pero muestran tasas sorprendentes de formación de estrellas y ya contienen mil millones de veces la masa de nuestro sol, más de lo esperado para galaxias tan jóvenes. Una de las galaxias jóvenes incluso muestra evidencia de una estructura en forma de disco. Se realizarán más estudios para desglosar su luz y conocer sus características.
Otro programa del universo primitivo también ha revelado "galaxias increíblemente distantes", dijo rebeca larson, astrónomo de la Universidad de Texas, Austin y miembro de la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Apenas unas semanas después de la encuesta, el equipo ha recogido un puñado de galaxias de los primeros 500 millones de años del universo, aunque Larson y sus colegas aún no han publicado sus hallazgos exactos. “Es mejor de lo que imaginaba y es solo el comienzo”, dijo.
Más galaxias tempranas se esconden en la imagen del cúmulo de galaxias presentada por el presidente Biden y estudiada por Pascale y Mahler. Llamó SMACS 0723, el cúmulo es tan pesado que desvía la luz de los objetos más distantes, haciéndolos visibles. Pascale y Mahler encontraron hasta 16 galaxias remotas que han sido ampliadas en la imagen; sus edades exactas aún no se conocen.
El telescopio observó más de cerca una galaxia distante en la imagen, una mancha de luz que data de 700 millones de años después del Big Bang. Con su espectrógrafo, JWST detectó elementos pesados, particularmente oxígeno, en la galaxia. Ahora los científicos esperan que el telescopio encuentre la ausencia de elementos pesados incluso en galaxias anteriores, evidencia de que estas galaxias contienen solo Estrellas de la población III, las hipotéticas primeras estrellas del universo, que se cree que eran monstruosamente grandes y estaban hechas completamente de hidrógeno y helio. (Solo cuando esas estrellas explotaron forjaron elementos más pesados como el oxígeno y los arrojaron al cosmos).
“Estamos buscando galaxias donde no veamos elementos pesados”, dijo Andy Bunker, astrofísico de la Universidad de Oxford. “Esa podría ser una prueba irrefutable para la primera generación de estrellas formadas a partir de hidrógeno y helio primordiales. Teóricamente deberían existir. Depende de si son lo suficientemente brillantes”.
Estructura Galáctica
Para los científicos que buscan comprender la estructura de las galaxias y cómo se forman las estrellas dentro de ellas, JWST ya ha proporcionado datos impactantes.
Un programa de observación, dirigido por Janice lee en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias en Arizona, busca sitios jóvenes de formación estelar en galaxias. En nombre del equipo de Lee, JWST observó una galaxia a 24 millones de años luz de distancia llamada NGC 7496, cuyas jóvenes regiones de formación estelar han estado hasta ahora envueltas en la oscuridad; Los instrumentos del Hubble no pudieron penetrar el espeso polvo y el gas que rodea estas regiones. Sin embargo, JWST puede ver la luz infrarroja que rebota en el polvo, lo que permite que el telescopio explore cerca de los momentos en que las estrellas se encendieron y la fusión nuclear se encendió en sus núcleos. “El polvo en realidad se está iluminando”, dijo Lee.
Lo más notable, dijo, es que NGC 7496 es una galaxia normal, "no una galaxia infantil". Sin embargo, bajo la atenta mirada de JWST, de repente cobra vida y revela canales donde se están formando estrellas. "Es simplemente fenomenal", dijo.
Mientras tanto, John Barentine, astrónomo de la firma de conservación del cielo oscuro Dark Sky Consulting en Arizona, hizo un descubrimiento más fortuito en una de las primeras imágenes de JWST. La imagen del telescopio de la Nebulosa del Anillo Sur, a 2,500 años luz de la Tierra, mostró una claridad notable. A un lado, una intrigante galaxia vista de canto (un punto de vista único para estudiar la protuberancia central de la galaxia), previamente identificada erróneamente como parte de la propia nebulosa, asomó a la vista.
“Tenemos esta máquina exquisitamente sensible que revelará por casualidad cosas que ni siquiera sabíamos que estábamos buscando”, dijo Barentine. "En casi todas las imágenes que toma Webb, vale la pena hurgar en el fondo".
Un ojo en estrellas y planetas
Los objetivos más pequeños también están en la mira de JWST, incluidos los planetas de nuestro propio sistema solar. Júpiter apareció de manera magnífica como parte del primer lote de imágenes, capturadas en una exposición de tan solo 75 segundos.
Los astrónomos saben que la atmósfera superior de Júpiter es cientos de grados más caliente que la atmósfera inferior, pero no están seguros de por qué. Al detectar la luz infrarroja, JWST pudo ver brillar la atmósfera superior calentada; aparece como un anillo rojo alrededor del planeta. “Tenemos esta capa a unos cientos de kilómetros por encima de las cubiertas de nubes, y brilla porque hace calor”, dijo Henrik Melin, científico planetario de la Universidad de Leicester. “Nunca antes lo habíamos visto así a escala mundial. Eso es algo extraordinario de ver”.
el programa de melin planea usar JWST en las próximas semanas para estudiar la fuerza impulsora detrás de este calentamiento atmosférico.
Oculta en la imagen de JWST de Júpiter está la luna volcánica Io interactuando con la aurora de Júpiter, creando una pequeña protuberancia en la aurora en la parte baja del cielo del planeta. La imagen revela "material proveniente de Io que fluye por las líneas del campo magnético", dijo Melin. El efecto se ha visto antes., pero JWST lo detectó fácilmente con apenas una mirada al planeta.
JWST también está investigando planetas en otros sistemas estelares. El telescopio ya ha echado un vistazo al famoso sistema TRAPPIST-1, una estrella enana roja con siete mundos del tamaño de la Tierra (algunos potencialmente habitables), aunque los datos aún se están analizando. Se han publicado las primeras observaciones de un planeta menos hospitalario, un "Júpiter caliente" llamado WASP-96 b, en una órbita estrecha de 3.4 días alrededor de su estrella.
JWST encontró vapor de agua en la atmósfera del planeta, lo que confirma la evidencia de agua denunciado días antes by chima mcgruder del Centro Harvard-Smithsonian y colegas, que utilizaron un telescopio terrestre. Pero JWST puede ir más allá; al observar la proporción de carbono a oxígeno de WASP-96 b, es posible que pueda resolver un misterio confuso sobre los Júpiter calientes: cómo alcanzan órbitas tan cercanas alrededor de sus estrellas. Más oxígeno sugeriría que el gigante gaseoso se formó inicialmente lejos de la estrella donde el agua podría condensarse, mientras que una mayor proporción de carbono sugeriría que siempre ha estado cerca.
Mientras tanto, JWST puede haber detectado una luz temporal en el cielo, un evento de corta duración conocido como transitorio, para lo cual no fue diseñado inicialmente. El astrónomo Mike Engesser y sus colegas del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland (el centro de operaciones del JWST), notaron un objeto brillante que no aparece en las imágenes del Hubble de la misma región. Creen que es una supernova, o estrella en explosión, a unos 3 mil millones de años luz de distancia, prueba de que el telescopio puede encontrar estos eventos.
JWST también debería ser capaz de encontrar supernovas mucho más distantes, lo que le dará otra forma de servir como sonda del universo primitivo. También puede encontrar estrellas desgarradas por los agujeros negros supermasivos que residen en los centros de las galaxias, algo que ningún telescopio anterior ha visto. “Por primera vez vamos a poder observar estas regiones muy profundas y oscuras”, dijo ori zorro, un astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial que dirige el equipo que estudia los transitorios.
Los transitorios, como otros fenómenos astronómicos, serán redefinidos. Después de décadas de planificación y construcción, JWST ha llegado al cielo corriendo. El problema ahora es mantenerse al día con el constante aluvión de ciencia que proviene de una máquina tan compleja pero impecable que casi desafía la creencia de que fue construida por cerebros humanos. “Está funcionando y es una locura”, dijo Larson.
