El telescopio espacial James Webb rompe las reglas del amanecer cósmico: detecta luz donde solo debía haber oscuridad

 

Un descubrimiento con el telescopio James Webb revela una galaxia que emitió luz antes de que el universo fuera transparente, cuestionando teorías clave sobre el amanecer cósmico y la reionización.

Durante cientos de millones de años tras el Big Bang, el universo estuvo sumido en una especie de niebla cósmica: un mar de átomos de hidrógeno neutro que absorbía cualquier intento de luz. En ese tiempo primitivo, ni las estrellas ni las galaxias podían verse, y si alguna se formaba, su brillo quedaba atrapado en ese entorno opaco. Ahora, un hallazgo realizado por el telescopio espacial James Webb parece desafiar de manera directa esta etapa de oscuridad. Una galaxia muy lejana, JADES-GS-z13-1, ha emitido una señal luminosa que no debería haber escapado jamás de ese entorno. Y lo ha hecho con una claridad sorprendente.

El descubrimiento, publicado en Nature, es fruto de una colaboración internacional liderada por el astrofísico Joris Witstok, y podría obligarnos a revisar aspectos fundamentales sobre cómo y cuándo se iluminó el universo. "Hemos detectado una intensa emisión de Lyman-alfa en una galaxia a redshift 13, una señal que no esperábamos encontrar tan pronto", explican los autores. En otras palabras, el Webb ha encontrado luz donde, según nuestros modelos, solo debía haber oscuridad.

Una señal que no encaja en el calendario del cosmos

JADES-GS-z13-1 es una galaxia que existió cuando el universo tenía apenas 330 millones de años, un instante ínfimo en sus 13.800 millones de años actuales. Lo relevante no es solo su antigüedad, sino el tipo de luz que emite: una fuerte línea de Lyman-alfa, generada por átomos de hidrógeno excitados. Este tipo de emisión suele estar bloqueado por el medio intergaláctico neutro en esas épocas tan tempranas. La detección plantea una pregunta directa: ¿cómo pudo escapar esa luz de un universo que aún no estaba reionizado?

Según los datos obtenidos con el instrumento NIRSpec del Webb, la línea de Lyman-alfa se observa con una intensidad que no cuadra con las predicciones actuales. De hecho, el equipo destaca que "el espectro revela una línea de emisión brillante identificada de forma inequívoca como Lyman-alfa", algo inédito en un objeto tan lejano y antiguo. La única forma de que esta señal pueda detectarse es que la galaxia esté rodeada por una burbuja de hidrógeno ionizado que haya despejado su entorno inmediato.

La burbuja que rompe la lógica

Una posibilidad que se baraja es que esta galaxia haya sido capaz de crear su propia “zona despejada” dentro de la niebla del universo temprano. Esto implicaría que su interior albergó una generación de estrellas muy masivas, calientes y jóvenes, capaces de emitir grandes cantidades de radiación ionizante. Esa radiación, al interactuar con el hidrógeno circundante, habría creado una especie de burbuja transparente que permitió que la luz escapara.

El paper lo expresa así: "nuestro modelo indica que [...] una fracción de entre el 5 y el 10 % del flujo puede transmitirse a través del medio intergaláctico (IGM)", lo que implica que una burbuja de este tipo es no solo plausible, sino necesaria para explicar la observación. Sin esta región ionizada, la luminosidad necesaria para que se percibiera la línea Lyman-alfa sería tres veces mayor, lo que se considera altamente improbable dadas las observaciones.

¿Estrellas primitivas o un agujero negro?

El origen de esta ionización extrema aún está en discusión. El equipo propone dos explicaciones: o bien una población estelar de tipo III —las primeras estrellas del universo, totalmente carentes de metales y extremadamente masivas—, o bien un núcleo galáctico activo impulsado por un agujero negro supermasivo. Ambas opciones tienen implicaciones profundas.

En el caso estelar, el artículo afirma que "una clase particularmente intrigante de objetos predichos para emitir hasta un 40 % de su luminosidad en Lyman-alfa son estrellas de Población III". Estas estrellas, nunca observadas directamente, serían los bloques constructores de las primeras galaxias. Alternativamente, si el motor de la emisión es un agujero negro, estaríamos ante uno de los primeros núcleos activos del universo, funcionando apenas unos cientos de millones de años tras el Big Bang. De hecho, el artículo concluye que "el núcleo galáctico activo es una posibilidad viable para explicar las propiedades observadas de JADES-GS-z13-1".

Una anomalía que guía el futuro de la cosmología

Sea cual sea la fuente de esta emisión, el hallazgo tiene un impacto importante en la cronología cósmica. La reionización, es decir, el proceso mediante el cual el universo se volvió transparente a la luz ultravioleta, se pensaba que había ocurrido de forma más lenta y en etapas más tardías. Pero este resultado apunta en otra dirección. El universo podría haberse comenzado a despejar antes de lo que se creía, y lo habría hecho de manera más local que global.

La presencia de esta burbuja ionizada en torno a una galaxia relativamente poco luminosa (con una magnitud UV de -18,7) sugiere que incluso objetos modestos pueden haber tenido un papel en reionizar su entorno. El artículo lo sintetiza así: "la probable existencia de una región reionizada en torno a esta fuente UV relativamente débil impone restricciones sobre la cronología de la reionización cósmica, favoreciendo un proceso temprano y gradual".

Este enfoque modifica la idea tradicional de que solo las galaxias más masivas fueron responsables de este cambio de fase en el universo. En cambio, apunta a que muchas galaxias pequeñas y activas pudieron abrir pequeñas “ventanas” en la niebla, anticipando el amanecer cósmico.

Una galaxia diminuta con un efecto desproporcionado

JADES-GS-z13-1 es, además, extremadamente compacta: su radio efectivo no supera los 35 parsecs (alrededor de 114 años luz), un tamaño muy inferior al de galaxias similares observadas en redshifts menores. Y, sin embargo, su capacidad para emitir luz ionizante y para hacerla visible hasta nosotros indica que en su interior ocurrió algo fuera de lo común.

Este aspecto queda claro en el análisis del espectro ultravioleta, que presenta una pendiente muy azul (βUV ≲ −2.7), indicativo de una población estelar muy joven y poco contaminada por polvo. Según los modelos, esta pendiente solo se reproduce si hay una alta fracción de fotones ionizantes escapando de la galaxia, lo que coincide con la idea de una burbuja en expansión. Además, el modelo requiere una eficiencia de producción de fotones ionizantes "ξion ≈ 10^26.5 Hz erg⁻¹", un valor tan alto que no se puede explicar con modelos estelares convencionales.

Un hallazgo que anticipa lo que viene

Este descubrimiento es solo el principio. El equipo de investigación ya ha anunciado que continuará observando esta galaxia para tratar de confirmar el origen exacto de su intensa emisión. Si se detectan otras líneas espectrales asociadas con núcleos activos o con estrellas de Población III, podríamos estar asistiendo al primer vistazo real a los procesos físicos que pusieron fin a la era oscura del cosmos.

Como resumen, el hallazgo de esta galaxia tan lejana que emite una luz inesperada no solo rompe con las predicciones teóricas existentes, sino que abre una ventana única a los mecanismos que transformaron el universo en lo que conocemos hoy. Y lo hace con un mensaje claro: la historia de cómo comenzó la luz en el universo está aún por escribirse.

Font, article de Eugenio M. Fernández Aguilar per a "Muy interesante"