Han pasado tres años desde que la humanidad obtuvo una nueva y más poderosa visión del espacio, una ventana al reino infrarrojo que hasta ahora había estado mayormente oculto a nuestros ojos. Desde julio de 2022, el telescopio espacial James Webb, sucesor del legendario Hubble y una maravilla tecnológica sin precedentes, ha estado observando incansablemente el cosmos. Su extraordinaria capacidad para detectar y analizar la luz infrarroja, invisible para el ojo humano, permite a los científicos presenciar escenas que hasta hace poco eran solo fruto de consideraciones teóricas. Webb no solo está cumpliendo las promesas con las que fue lanzado, sino que las está superando hasta tal punto que los astrónomos apenas encuentran palabras para describir el torrente de nuevos datos. En solo tres años, este observatorio ha cambiado nuestra comprensión de todo, desde las galaxias más distantes en el borde del universo visible hasta nuestro propio vecindario cósmico, el Sistema Solar.

Construido con la misión de reescribir los libros de texto de astronomía, el Webb ya ha desatado una verdadera revolución científica. Hasta la fecha, ha completado con éxito más de 860 programas científicos, dedicando aproximadamente una cuarta parte de su tiempo operativo a capturar imágenes asombrosas, y las tres cuartas partes dominantes a la espectroscopia, el análisis detallado de la luz que revela la composición química, la temperatura y el movimiento de los objetos celestes. La cantidad de datos recopilados es monumental: casi 550 terabytes de información han dado como resultado más de 1600 artículos científicos publicados. Cada uno de estos artículos aporta resultados fascinantes, pero también abre una serie de preguntas nuevas y aún más profundas. A continuación, presentamos diez sorpresas cósmicas que Webb nos ha revelado y que han cambiado fundamentalmente nuestra visión del universo.

Revolución en la comprensión del amanecer cósmico

Uno de los objetivos científicos primordiales del telescopio Webb era asomarse al "amanecer cósmico", el período dentro de los primeros mil millones de años después del Big Bang, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias. Las expectativas eran modestas: los científicos esperaban ver solo unas pocas galaxias tenues y subdesarrolladas, una especie de embriones cósmicos que apenas insinuarían futuras estructuras magníficas como nuestra Vía Láctea. Pero lo que Webb vio fue todo menos modesto. En lugar de las esperadas galaxias débiles y apenas perceptibles, Webb descubrió galaxias sorprendentemente brillantes, masivas y bien estructuradas que ya existían dentro de los primeros 300 millones de años después del Big Bang. Encontró galaxias con agujeros negros que parecen demasiado masivos para su corta edad, lo que representa un enorme desafío para los modelos existentes sobre el crecimiento de los agujeros negros. Incluso se descubrió una galaxia similar a la Vía Láctea en su infancia, que existía cuando el universo tenía solo 600 millones de años. Algunos de estos descubrimientos, como los del programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), mostraron que algunas galaxias ya se habían "apagado" y dejado de formar estrellas dentro de los primeros mil millones de años, mientras que otras, en 1.500 millones de años, se habían desarrollado en complejas galaxias espirales de "gran diseño", como las que vemos en el universo actual. Aunque cientos de millones de años pueden parecer un período largo, en el contexto de los 13.800 millones de años de edad del universo, es el equivalente a un desarrollo que tuvo lugar en las primeras semanas de un año cósmico. Esas primeras galaxias crearon generaciones de estrellas a la velocidad del rayo, enriqueciendo el joven universo con elementos más pesados que son la base de todo lo que conocemos hoy.

Los enigmáticos "Pequeños Puntos Rojos" esparcidos por el universo profundo

La nítida visión infrarroja de Webb ha revelado una clase completamente nueva de objetos celestes: una población lejana de galaxias misteriosamente compactas, brillantes y marcadamente rojas que los astrónomos han apodado "Pequeños Puntos Rojos" (Little Red Dots). Su aparición plantea numerosas preguntas. ¿Qué las hace tan brillantes y rojas? ¿Es su luz el resultado de cúmulos extremadamente densos de estrellas inusualmente brillantes, o quizás de gas que cae vertiginosamente en un agujero negro supermasivo en su centro, o tal vez una combinación de ambos fenómenos? Su historia también es un enigma. Parece que estos "puntos" aparecieron en el universo unos 600 millones de años después del Big Bang, hace aproximadamente 13.200 millones de años, para que su número disminuyera drásticamente menos de mil millones de años después. ¿Evolucionaron hacia otra cosa? Si es así, ¿cómo? Webb está llevando a cabo actualmente investigaciones más detalladas de estos objetos para dar respuesta a estas intrigantes preguntas.

Confirmación de la "tensión de Hubble": Estrellas pulsantes y una supernova triple

¿A qué velocidad se expande el universo? Esta pregunta aparentemente simple es uno de los mayores misterios de la cosmología moderna, ya que los diferentes métodos para medir la tasa de expansión arrojan resultados diferentes. Esta discrepancia se conoce como la "tensión de Hubble". Surge una pregunta clave: ¿son estas diferencias solo el resultado de errores de medición o está sucediendo algo fundamental en el universo que aún no entendemos? Los datos de Webb hasta ahora sugieren firmemente que el problema no radica en los errores de medición. El telescopio, gracias a su increíble resolución, ha logrado distinguir claramente las estrellas pulsantes (Cefeidas) de las estrellas vecinas en áreas densamente pobladas, asegurando que las mediciones de distancia no estén "contaminadas" por luz adicional. Además, Webb ha descubierto una supernova distante con lente gravitacional cuya imagen aparece en tres lugares diferentes y en tres momentos distintos durante su explosión. Calcular la tasa de expansión basándose en el brillo de la supernova en esos tres puntos proporciona una verificación independiente de las mediciones obtenidas con otras técnicas. Mientras no se resuelva la cuestión de la tensión de Hubble, Webb continuará con mediciones precisas de diversos objetos, explorando nuevos métodos y profundizando en el misterio.

Atmósferas sorprendentemente ricas y diversas de gigantes gaseosos

Aunque el telescopio espacial Hubble fue el primero en detectar gases en la atmósfera de un exoplaneta –un planeta fuera de nuestro Sistema Solar–, Webb ha llevado esta investigación a un nivel completamente nuevo e inimaginable. Su análisis espectroscópico ha revelado un rico cóctel de sustancias químicas en las atmósferas de mundos lejanos, incluyendo sulfuro de hidrógeno, amoníaco, dióxido de carbono, metano y dióxido de azufre. Ninguno de estos compuestos había sido detectado claramente antes en una atmósfera fuera de nuestro sistema. Webb también ha permitido el estudio de los climas exóticos de los gigantes gaseosos como nunca antes. Por ejemplo, en el gigante gaseoso caliente e hinchado WASP-17 b, detectó copos de "nieve" de dióxido de silicio (cuarzo) en las nubes. En el planeta WASP-39 b, midió diferencias de temperatura y cobertura de nubes entre el lado permanentemente matutino y vespertino del planeta, proporcionando una visión de la dinámica de la circulación global en mundos que están anclados por marea a su estrella.

Un mundo rocoso de lava con una posible atmósfera

Detectar, y mucho menos analizar, la delgada capa de gas que rodea a un pequeño planeta rocoso es una tarea extremadamente difícil. Sin embargo, la extraordinaria capacidad de Webb para medir cambios sutiles en el brillo de la luz infrarroja lo hace posible. Hasta ahora, el telescopio ha logrado descartar la existencia de una atmósfera significativa en varios planetas rocosos. Sin embargo, en el planeta 55 Cancri e, un mundo cubierto por un océano de lava que orbita una estrella similar al Sol a 40 años luz de distancia, ha encontrado intrigantes indicios de monóxido o dióxido de carbono. La principal hipótesis es que este planeta podría tener una atmósfera secundaria, alimentada continuamente por el gas que se evapora de su superficie abrasadora y cubierta de lava. Con tales descubrimientos, Webb está sentando las bases para el futuro observatorio de la NASA, el Habitable Worlds Observatory, que será la primera misión diseñada específicamente para obtener imágenes directas y buscar signos de vida en planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol.

Revelando el esqueleto óseo de las galaxias espirales cercanas

Sabemos desde hace mucho tiempo que las galaxias son ciudades cósmicas compuestas de estrellas, planetas, polvo, gas, materia oscura y agujeros negros, lugares donde las estrellas nacen, viven, mueren y se reciclan en la siguiente generación. Pero nunca antes habíamos podido ver la estructura de una galaxia y las interacciones entre las estrellas y su entorno con un detalle tan cautivador. La visión infrarroja de Webb penetra a través de las nubes de polvo que ocultan la vista a otros telescopios y revela la estructura "esquelética" de las galaxias. Vemos filamentos de polvo que siguen los brazos espirales, viejos cúmulos estelares que forman los núcleos galácticos, estrellas recién formadas aún envueltas en densos capullos de gas y polvo incandescente, y cúmulos de estrellas jóvenes y calientes que, con su radiación y vientos, "esculpen" enormes cavidades en el material circundante. Imágenes como la de la Galaxia Fantasma (M74/NGC 628) muestran claramente cómo los vientos estelares y las explosiones de supernova remodelan activamente sus hogares galácticos.

La delgada línea entre una enana marrón y un planeta errante

Las enanas marrones son objetos que se forman como las estrellas, pero no son lo suficientemente masivos y calientes como para iniciar la fusión nuclear del hidrógeno en sus núcleos, el proceso que define a las estrellas. Por otro lado, los "planetas errantes" se forman como otros planetas dentro de un sistema, pero posteriormente son expulsados de él y ahora deambulan por el espacio sin una estrella anfitriona. Webb ha observado cientos de objetos similares a enanas marrones en la Vía Láctea, e incluso ha detectado algunos candidatos en una galaxia vecina. El problema es que algunos de estos objetos son extremadamente pequeños, solo unas pocas veces más masivos que Júpiter, lo que dificulta la comprensión de su formación. ¿Son en realidad gigantes gaseosos que flotan libremente? ¿Cuál es la cantidad mínima de material necesaria para formar una enana marrón o una estrella? Aún no estamos seguros, pero gracias a tres años de observaciones con el telescopio Webb, ahora sabemos que existe un continuo de objetos desde planetas, pasando por enanas marrones, hasta estrellas, con fronteras poco claras entre ellos.

¿Pueden los planetas sobrevivir a la muerte de su estrella?

Cuando una estrella como nuestro Sol llega al final de su vida, se hincha en una fase de gigante roja, volviéndose lo suficientemente grande como para engullir a los planetas cercanos. Después de eso, expulsa sus capas exteriores, dejando atrás un núcleo supercaliente conocido como enana blanca. ¿Existe una "distancia segura" a la que los planetas puedan sobrevivir a este proceso cataclísmico? Webb puede haber encontrado la respuesta. Ha descubierto varios candidatos a planetas que orbitan enanas blancas. Si se confirma que realmente son planetas, significaría que es posible que los sistemas planetarios, o al menos sus partes externas, sobrevivan a la muerte de su estrella, continuando en órbita alrededor del rescoldo estelar que se enfría lentamente. Esto abre posibilidades fascinantes sobre el destino a largo plazo de los sistemas planetarios.

La fuente de Encélado alimenta de agua el sistema de Saturno

Entre los "mundos oceánicos" helados de nuestro Sistema Solar, la luna de Saturno, Encélado, es quizás la más intrigante. La misión Cassini de la NASA fue la primera en detectar géiseres de vapor de agua que brotaban de su polo sur. Sin embargo, solo Webb ha podido revelar la verdadera escala de estas plumas. Las observaciones mostraron una enorme nube de vapor de agua que se extiende más de 9.600 kilómetros, lo que es casi 20 veces el ancho del propio Encélado. Esa agua se expande y forma un toro, un anillo en forma de rosquilla, que rodea a Saturno más allá de sus conocidos anillos visibles. Mientras que una pequeña parte del agua permanece en ese toro, la mayoría se dispersa por todo el sistema de Saturno, e incluso "llueve" sobre el propio planeta. Las observaciones únicas de Webb de los anillos, auroras, nubes, vientos y otros fenómenos en el Sistema Solar nos ayudan a comprender mejor de qué está hecho nuestro vecindario cósmico y cómo ha cambiado con el tiempo.

Evaluación de asteroides que amenazan la Tierra

Durante 2024, los astrónomos descubrieron un asteroide para el cual los cálculos preliminares mostraban una cierta probabilidad de impactar la Tierra. Dichos asteroides potencialmente peligrosos se convierten inmediatamente en el foco de una observación intensa. Webb, con sus capacidades únicas, pudo medir rápidamente el objeto, que resultó ser del tamaño de un edificio de 15 pisos. Aunque este asteroide en particular ya no se considera una amenaza, el estudio demostró el papel crucial de Webb en la evaluación de peligros desde el espacio. El telescopio también proporcionó un apoyo crucial a la misión DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA, que estrelló intencionadamente una nave espacial contra el sistema de asteroides Didymos, demostrando que un impacto planificado puede desviar la trayectoria de un asteroide que estaría en curso de colisión con la Tierra. Tanto Webb como Hubble observaron el impacto, presenciando la nube de material expulsado. El análisis espectroscópico de Webb de ese material confirmó que la composición del asteroide es probablemente típica de aquellos que podrían representar una amenaza para la Tierra, proporcionando datos clave para futuras misiones de defensa planetaria.

En solo tres años de funcionamiento, Webb ha agudizado nuestra visión del universo distante, revelando galaxias tempranas inesperadamente brillantes y numerosas. Ha desvelado nuevas estrellas en sus cunas polvorientas, los restos de estrellas explotadas y los esqueletos de galaxias enteras. Ha estudiado el clima en gigantes gaseosos y ha buscado atmósferas en mundos rocosos. Ha proporcionado nuevas perspectivas sobre los habitantes de nuestro propio Sistema Solar. Pero esto es solo el principio. Los ingenieros estiman que Webb tiene suficiente combustible para continuar las observaciones durante al menos otros 20 años, lo que nos da la oportunidad de responder a preguntas adicionales, explorar nuevos misterios y unir aún más piezas del rompecabezas cósmico. La demanda de tiempo de observación en Webb es mayor que nunca, superando a cualquier otro telescopio en la historia, ya sea en la Tierra o en el espacio. ¿Qué nuevos descubrimientos nos esperan?

El artículo original fue publicado en el portal de la NASA science.nasa.gov.
Fuente: 3 Years of Science: 10 Cosmic Surprises from NASA’s Webb Telescope
Autor: Dr. Macarena Garcia Marin y Margaret W. Carruthers, Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland