Desde que el Telescopio Espacial Hubble se puso en órbita en 1990, no ha dejado de sorprendernos con imágenes impactantes del Universo. No obstante, como sucede con cada instrumento de observación astronómica creado desde que Galileo apuntó por primera vez su telescopio al firmamento, las observaciones del Hubble también dejan entrever objetos astronómicos demasiado lejanos y difusos que invitan a pensar en la existencia de otros muchos que escapan a sus posibilidades. Algunos de esos objetos dejan una débil señal que los científicos interpretan como galaxias que, por estar muy lejos y brillar en frecuencias de luz infrarroja que el telescopio espacial no puede captar, reciben el nombre de “Galaxias oscuras para el Hubble”.

El pasado 25 de diciembre de 2021 se lanzó al espacio el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el nuevo y más poderoso observatorio astronómico espacial hasta la fecha. Como sucedió tantas veces anteriormente, las imágenes obtenidas con el nuevo instrumento están impactando a la comunidad científica, y no científica. Esas observaciones no se realizan al azar, hace años que están siendo programadas, incluso se habían hecho previamente simulaciones con el objeto de adelantarse a los posibles resultados que podría dar el JWST. En esos trabajos han participado equipos de científicos expertos en distintas disciplinas y con diferentes objetivos, a uno de ellos pertenece nuestro invitado, Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología (CAB).

Una vez que el JWST comenzó a operar, las imágenes reales obtenidas demostraron tener una calidad que superaba las expectativas más optimistas. Sabedores de que la luz visible emitida por galaxias y estrellas va poco a poco envejeciéndose con el tiempo, lo que se traduce en una deriva hacia el rojo y el infrarrojo, debido a la expansión del Universo, los diseñadores del telescopio James Webb lo equiparon especialmente para captar la luz infrarroja que nos llega desde las galaxias más lejanas y antiguas, que son las que se crearon en momentos más cercanos al Big Bang.

Al observar una región del cielo donde se encontraban las galaxias oscuras para el Hubble, el nuevo instrumento reveló un universo plagado de galaxias que brillaban con todo esplendor en frecuencias infrarrojas. Ahora, gracias a esos datos, Pablo G. Pérez y un extenso grupo de científicos acaban de publicar en revista científica The Astrophysical Journal Letters un artículo que muestra cómo es ese universo de galaxias que no solamente pasaron desapercibidas para el Hubble, sino para los telescopios terrestres más potentes, como el Gran Telescopio de Canarias, el Very Large Telescope o el Keck. El estudio se enmarca dentro de una de las mayores colaboraciones internacionales que trabajan con datos del JWST, denominada Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS).

¿Cómo son las galaxias oscuras para el Hubble cuando se observan a la luz del nuevo JWST?

Pablo explica que se han descubierto tres tipos de galaxias que aportan información que revela características insospechadas antes de poder ser observadas por el James Webb.

El primer tipo lo constituye un grupo de galaxias compuestas por estrellas envejecidas en las que no se observa formación estelar reciente. Son tan poco activas que se suelen clasificar como “galaxias muertas”. Se trata de enormes aglomeraciones de estrellas viejas que, por alguna razón que los científicos no alcanzan a comprender, hace tiempo que dejaron de crear nuevas generaciones de estrellas en su interior.

El segundo tipo de galaxias observadas con el James Webb es muy diferente al anterior. Lo constituyen galaxias con una gran cantidad de polvo interestelar en su interior, una riqueza que sirve de semilla para el nacimiento de nuevas estrellas. Los análisis que llegan desde estas galaxias activas revelan la presencia de metales (para los astrofísicos. todos aquellos elementos químicos distintos al hidrógeno y helio primordiales, son considerados como “metales”). Se da la circunstancia de que los elementos químicos más pesados tan sólo pueden ser creados en el el horno de fusión nuclear que alimenta el corazón de las estrellas, así pues, su presencia nos obliga a preguntarnos ¿Cómo fueron capaces estas galaxias de formar tantos metales y cómo éstos se convirtieron en polvo, quizá en planetas, tan pronto en la historia del Universo?

Por último, las galaxias que componen en el tercer tipo son muy antiguas, existían cuando el Universo tenía apenas mil millones de años. El análisis de la luz de estas galaxias, recogida por el James Webb, revela la existencia de átomos de oxígeno excitados a altas temperaturas. La luz emitida por estos átomos de oxígeno -comenta Pablo G. Pérez durante la entrevista – es particularmente brillante y fácil de detectar, frente a la emitida por otros átomos como el carbono o el silicio, que son creados al mismo tiempo en los hornos nucleares de fusión del interior de las estrellas. El la existencia de oxígeno revelada por el análisis de la radiación procedente de esas galaxias sugiere que las estrellas que lo contienen no son de primera generación, es decir, no se formaron al inicio, cuando solamente existía hidrógeno y helio, sino que se alimentan de los desechos producidos y dispersados por generaciones de estrellas más antiguas y cercanas al Big Bang. Unas estrellas y galaxias que, por ahora, no se han podido detectar.

Estos descubrimientos, y otros muchos que se están sucediendo al analizar los datos del Telescopio Espacial James Webb, están abriendo nuevas ventanas a la comprensión del Universo.

Os invito a escuchar a Pablo Guillermo Pérez González, investigador en el Departamento de Astrofísica del Centro de Astrobiología (CSIC – INTA).

“CEERS Key Paper IV: A triality on the nature of HST-dark galaxies”, Pablo G. Pérez-González et al., ApJL, 946, LXX https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb3a5