NeoFronteras

Se hace pública la primera imagen científica del telescopio espacial James Webb.

Nunca habíamos mirado más lejos en el espacio, más atrás en el tiempo. La primera foto científica del telescopio Webb nos proporciona un atisbo del Universo remoto, cuando este era joven y se acaba de formar, una visión de las muchas que esta nueva ventana al cosmos nos proporcionará.

Todo gran telescopio es una máquina del tiempo y, en este caso, esta máquina nos muestra cómo era el Universo hace 13000 millones de años. Pero se espera que, gracias a este instrumento, podamos mirar aún más lejos con imágenes aún más profundas.

La nueva y gloriosa imagen fue tomada el 7 de junio pasado y es una pequeñísima parte del cielo y cubre el cúmulo de galaxias SMACS 0723. Este cúmulo tiene un tamaño aparente en el cielo de solo 2,4 minutos de arco. Es decir, la imagen cubre aproximadamente lo que cubriría un grano de arena sostenido en la punta de un dedo con el brazo extendido.

La cámara NIRCam de Webb ha enfocado nítidamente galaxias distantes que tienen estructuras diminutas y tenues que nunca antes se habían visto, incluidos cúmulos de estrellas y características difusas. Las estrellas de primer plano de nuestra galaxia (muy brillantes al estar muy cerca) generan importantes rayos de difracción, que es un efecto óptico inevitable.

Para captarla el Webb apuntó a esa zona (en dirección a la constelación de Sculptor) durante 12 horas y media usando diversos filtros de color. Se fueron acumulando fotones que habían estado viajando hasta durante 13000 millones de años.

Cada objeto que se ve es una galaxia, pero podemos decir que principalmente hay de dos tipos: las galaxias en primer plano que componen el cúmulo (cuya luz se emitió hace 4200 millones de años luz, cuando la Tierra se formaba) y las galaxias remotas que están detrás (cuya luz se emitió hasta hace 13000 millones de años luz)*. La masa combinada de este cúmulo de galaxias actúa como una lente gravitatoria debido a que curva el espacio a su alrededor, este hace de lupa y entonces amplifica y distorsiona las galaxias que están en el fondo y justo detrás. Por esta razón muchas de las galaxias del fondo tienen forma de arco y se pueden visualizar cuando su luz sería demasiado ténue como para poderlas ver sin el efecto de lente gravitatoria.

La foto es en infrarrojo, porque este telescopio opera en el infrarrojo. Pero esa luz no era infrarroja cuando esos fotones despegaron de las estrellas que componían esas galaxias del fondo. Debido al corrimiento al rojo cosmológico (el Universo se expande), las longitudes de onda de la luz se han alargado. Por esta razón, si queremos ver muy atrás en el tiempo hay que usar infrarrojos.

La imagen es en color, pero es en falso color, principalmente porque el ojo humano no ve el infrarrojo. Para poder recrear una imagen en color se asignaron las longitudes de onda que dejaban pasar seis filtros distintos (F444W, F356W, F200W, F277W, F090W y F150W) a los colores rojo, naranja, verde y azul de forma no biyectiva.

A la imagen se la conoce como el Primer Campo Profundo del Webb (Webb’s First Deep Field) y su obtención es similar a otras de campo profundo que el telescopio Hubble tomó en el pasado. Básicamente se trata de una exposición muy larga. Como el espejo del Webb es mayor que el del Hubble puede captar muchos más fotones y obtener lo mismo en menor tiempo o mucho más en el mismo tiempo. Aunque como el Webb opera en infrarrojo la resolución no es mucho mayor que la del Hubble.

De hecho el Hubble también observó este cúmulo en el pasado y ahora podemos comparar las diferencias entre uno instrumento y otro.

A la izquierda la imagen del Webb, mientras que a la derecha está una foto de la misma zona del cielo captada por el Hubble (Imagen ampliada). Como vemos, las imágenes están un poco giradas una respecto a la otra. Fuente: Reddit/NASA.

La nueva imagen, que merece la pena ver en alta resolución, fue obtenida por la cámara NIRCam del Webb, que es uno de los tres instrumentos principales con los que cuenta este observatorio espacial. NIRCam es una cámara que trabaja en el infrarrojo cercano (de 0,6 a 5 micras) y usa ocho sensores H2RG cubiertos con una capa de telururo de cadmio y mercurio. Este instrumento está a cargo de la Universidad de Arizona.

Además, este campo fue observado por el instrumento MIRI de Webb, que ofrece un caleidoscopio de colores y resalta dónde está el polvo, un ingrediente importante para la formación de estrellas y, en última instancia, para la vida misma. Las galaxias azules contienen estrellas, pero muy poco polvo. Los objetos rojos en este campo están envueltos en gruesas capas de polvo. Las galaxias verdes están sembradas de hidrocarburos y otros compuestos químicos. Los investigadores podrán usar datos como estos para comprender cómo se forman, crecen y se fusionan las galaxias entre sí y, en algunos casos, por qué finalmente dejan de formarse estrellas.

Además de tomar imágenes, Webb también obtuvo espectros. Estos revelaron las propiedades físicas y químicas de los objetos que ayudarán a los investigadores a identificar muchos más detalles sobre galaxias distantes en este campo. El conjunto de microobturadores del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb observó 48 galaxias individuales al mismo tiempo, una nueva tecnología utilizada por primera vez en el espacio, y devolvió un conjunto completo de detalles sobre cada una. Los datos revelaron la luz de una galaxia que viajó durante 13100 millones de años antes de que los espejos de Webb la capturaran. Los datos de NIRSpec también demuestran cuán detallados serán los espectros de galaxias que se tomarán con Webb.

Finalmente, el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija (NIRISS) de Webb utilizó espectroscopía sin rendija de campo amplio para capturar espectros de todos los objetos en todo el campo de visión a la vez. Entre los resultados, está el hecho de que una de las galaxias tiene una imagen especular .

La imagen fue presentada ayer, un tanto por sorpresa, por el presidente Biden en un acto especial en el que también estaba la vicepresidenta. Había gran expectación debido a los sobrecostes y retrasos de esta misión. Incluso ha habido que esperar medio año a que el telescopio se enfriara y se ajustaran los espejos y los instrumentos.

Pero esta imagen es sólo un aperitivo, hoy se presentan el resto de las primeras imágenes en una conferencia de prensa desde la NASA, que serán, a su vez, solo lo preámbulo de todo lo que este telescopio nos proporcionará.

¿Qué otras maravillas nos esperan en estos años por venir?

«Vamos a poder responder preguntas que aún no sabemos cuáles son», dijo ayer Bill Nelson, administrador de la NASA.

Nota: esta nota ha sido modificada respecto a su redacción en la fecha de publicación.

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* Como siempre que se trata de distancias cosmológicas, estas galaxias ya no están realmente a 13000 millones de años luz, pues el Universo se ha ido expandiendo durante todo este tiempo y ya se encuentran mucho más lejos. Digamos que las vemos «como si estuvieran» a 13000 millones de años luz.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Más sobre Webb.
Imágenes: NASA/ESA