El Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA ha descubierto la segunda y la cuarta galaxia más lejanas jamás observadas. Lo ha hecho en una región del espacio conocida como el Cúmulo de Pandora (o Abell 2744). Ubicadas a casi 33 mil millones de años luz de distancia, ofrecen información sobre cómo podrían haberse formado las primeras galaxias.

Un equipo internacional de investigadores, dirigido por expertos de la Universidad Estatal de Pensilvania (EEUU), ha confirmado la distancia de estas galaxias y estudió sus propiedades utilizando nuevos datos espectroscópicos del JWST (es decir, información sobre la luz emitida a través del espectro electromagnético). 

Sus conclusiones se recogen en un artículo publicado este lunes en la revista Astrophysical Journal Letters. En él se explica que las nuevas galaxias descubiertas aparecen en las imágenes como puntos rojos, y tienen forma de "cacahuete y de bola esponjosa", según los investigadores.

"Se sabe muy poco sobre el universo primitivo, y la única forma de aprender sobre esa época y probar nuestras teorías sobre la formación y el crecimiento de las primeras galaxias es estudiando las que se encuentran muy lejos. Antes de nuestro análisis, conocíamos sólo tres galaxias a esta distancia. Este descubrimiento ha revelado la diversidad de galaxias en el universo primitivo y cuánto se puede aprender de ellas", explicó Bingjie Wang, autor principal del estudio.

La luz de estas galaxias tuvo que viajar durante mucho tiempo para llegar a la Tierra. Así que son una ventana al pasado. El equipo de investigación estima que la luz detectada por el JWST fue emitida por las dos galaxias cuando el universo tenía unos 330 millones de años, y viajó unos 13,4 mil millones de años luz para llegar hasta el telescopio. Pero, según los investigadores, las galaxias están actualmente a unos 33 mil millones de años luz de la Tierra debido a la expansión del universo durante este tiempo. 

"La luz de estas galaxias es antigua, aproximadamente tres veces más antigua que la de la Tierra", aseguró Joel Leja, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la Universidad de Pensilvania y autor del estudio. "Estas galaxias primitivas son como faros, con luz irrumpiendo a través del fino gas de hidrógeno que formó el universo primitivo. Sólo gracias a su luz podemos empezar a comprender la física exótica que gobernaba la galaxia cerca del amanecer cósmico", añadió.

Una lupa espacial

En particular, las dos galaxias son considerablemente más grandes que las tres galaxias previamente ubicadas a estas distancias extremas. Una de ellas es al menos seis veces más grande, con unos 2.000 años luz de diámetro. A modo de comparación, la Vía Láctea tiene aproximadamente 100.000 años luz de diámetro. Pero Wang detalla que se cree que el universo primitivo estuvo muy comprimido, por lo que es sorprendente que la galaxia sea tan grande.

"No está claro si la diferencia de tamaño se debe a cómo se formaron las estrellas o a qué les sucedió después de formarse, pero la diversidad en las propiedades de las galaxias es realmente interesante. Se espera que estas primeras galaxias se hayan formado a partir de materiales similares, pero ya están mostrando signos de ser muy diferentes entre sí", aseguró Wang.

Las dos galaxias se encontraban entre las 60.000 fuentes de luz del cúmulo de Pandora, que fueron detectadas en 2022 por el JSWT en una de las primeras imágenes de campo profundo que el telescopio tomó en su primer año de funcionamiento. Esta región del espacio fue seleccionada, en parte, porque está ubicada detrás de varios cúmulos de galaxias que crean un efecto de aumento natural llamado lente gravitacional. La atracción gravitacional de la masa combinada de los cúmulos deforma el espacio a su alrededor, enfocando y magnificando cualquier luz que pasa cerca y proporcionando una vista ampliada detrás de los cúmulos.

En cuestión de meses, el equipo de investigadores redujo las 60.000 fuentes de luz a 700 candidatas para un estudio de seguimiento, ocho de las cuales pensaban que podrían estar potencialmente entre las primeras galaxias. Luego, el JWST volvió a apuntar al cúmulo de Pandora y registró los espectros de los candidatos, una especie de huella digital que detalla la cantidad de luz emitida en cada longitud de onda.

"Varios equipos están utilizando diferentes enfoques para buscar estas galaxias antiguas, y cada una tiene sus fortalezas y debilidades. El hecho de que estemos apuntando a esta lupa gigante en el espacio nos brinda una ventana increíblemente profunda, pero es una ventana muy pequeña, así que estábamos tirando los dados. Varios de los candidatos no fueron concluyentes. Pero tuvimos suerte y dos resultaron ser estas galaxias antiguas. Es increíble", detalló Leja. 

¿Existen galaxias más lejanas?

Los investigadores también utilizaron modelos detallados para analizar las propiedades de estas galaxias tempranas cuando emitían la luz detectada por JWST. Como esperaban, las dos galaxias eran jóvenes, tenían pocos metales en su composición y estaban creciendo rápidamente y formando estrellas activamente. 

"Los primeros elementos se forjaron en los núcleos de las primeras estrellas mediante el proceso de fusión", explicó Leja. Y añadió: "Tiene sentido que estas primeras galaxias no tengan elementos pesados ​​como los metales, porque fueron algunas de las primeras fábricas en construir esos elementos pesados. Y, por supuesto, tendrían que ser jóvenes y estar en formación de estrellas para ser las primeras galaxias, pero confirmar estas propiedades es una prueba básica importante de nuestros modelos y ayuda a confirmar todo el paradigma de la teoría del Big Bang".

Los investigadores concluyeron que, junto con la lente gravitacional, los potentes instrumentos infrarrojos del JWST deberían poder detectar galaxias a una distancia aún mayor.... si es que existen. "Teníamos una ventana muy pequeña a esta región y no observamos nada más allá de estas dos galaxias, a pesar de que JWST tiene la capacidad. Eso podría significar que las galaxias simplemente no se formaron antes de ese momento y que no vamos a encontrar nada más lejano. O podría significar que no tuvimos la suficiente suerte con nuestra pequeña ventana", detalló Leja.