Campo profundo con el James Webb

Cuando el telescopio se apunta a un área del firmamento y realiza una exposición de larga duración para recoger toda la luz tenue que ha de revelar objetos extremadamente distantes decimos que es una imagen de campo profundo.

La primera imagen de campo profundo del James Webb es el cúmulo de galaxias SMACS 0723 y está repleta de miles de galaxias, incluidos los objetos más tenues jamás observados en el infrarrojo. Esta imagen muestra dicho cúmulo de galaxias tal y como se veía hace 4.600 millones de años.

La imagen abarca un área minúscula del vasto universo. Desde la Tierra sería del tamaño de un grano de arena sostenido a la distancia de un brazo extendido. El contenido de ese área sería el resultado obtenido con esta imagen. Recuerda que en esta captura solo se ven galaxias. Cada punto es una galaxia, salvo las estrellas que hay delante, de nuestra galaxia, que son las que tienen seis rayos debido a la difracción de los espejos.

La luz de estas galaxias tardó miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Cuando miramos las galaxias más jóvenes de este campo visual, estamos observando hacia el pasado hasta menos de mil millones de años después del Big Bang. La luz, que ha viajado durante ese tiempo, se ha ido estirando por la expansión del universo hasta longitudes de onda del infrarrojo, justo las que el Webb está diseñado para observar. Esto nos abre la visibilidad a un nuevo universo.

Una de las cosas que se pueden ver en la imagen es la blanca y brillante galaxia situada en el centro. También unas galaxias blancas más pequeñas dispersas por la imagen. Todas ellas están ligadas gravitatoriamente en lo que es el cúmulo de galaxias y, en conjunto, están curvando la luz que pasa por el cúmulo procedente de galaxias mucho más distantes que se encuentran detrás del cumulo.

La masa combinada de las galaxias junto a la materia oscura del cúmulo actúan como un telescopio cósmico que crea imágenes ampliadas, distorsionadas y, a veces, duplicadas de las galaxias lejanas. Los arcos que se aprecian en naranja son esas galaxias, incluyendo algunas que aparecieron cuando el universo tenía menos de mil millones de años de edad.

Además de capturar imágenes, dos de los instrumentos de Webb también obtiene espectros de la luz, datos que revelan 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 micro-obturadores del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del Webb observó 48 galaxias individuales al mismo tiempo, una nueva tecnología utilizada por primera vez en el espacio, que devolvió un conjunto completo de detalles sobre cada uno.

Por otra parte, el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija (NIRISS) del Webb capturaron espectros de todos los objetos en todo el campo de visión a la vez. Entre los resultados, se pudo comprobar que una de las galaxias tiene una imagen especular, debida al efecto de lente gravitacional.

Con todos los espectrogramas, los investigadores pueden determinar cómo han cambiado con el tiempo las proporciones de los elementos más pesados que el helio en las galaxias. Te da puntos de datos sobre esa evolución, dice la astrofísica Emma Chapman de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido. Entonces puedes comenzar a ver qué tan rápido murieron las primeras estrellas, contaminando el gas, con su material, que dio lugar a la segunda generación de estrellas, como las que componen esta galaxia.

Esta investigación puede ser extremadamente importante para nuestro conocimiento del universo primitivo. Hay una brecha de mil millones de años en nuestra comprensión de la evolución de nuestro universo, dice Chapman. Desde unos 380.000 años después del Big Bang hasta unos mil millones de años después de eso, tenemos muy poca información. Ahora el JWST puede sumergirse en esa época.

La línea de emisión del oxígeno, con una longitud de onda de 436,3 nanómetros, es importante porque los astrónomos la usan para calibrar las mediciones de las composiciones de las galaxias. Si pueden ver esta línea, también puede comprender otras líneas en un espectro. De esta manera, puede averiguar qué otros productos químicos están presentes en la galaxia y en qué cantidades. Los astrónomos habían hecho esto antes para galaxias cercanas pero no para galaxias distantes y la han encontrado en esta primera imagen.

La misma imagen que captó el Hubble en 2017 permite diferenciar la claridad y definición que se consigue con el James Webb. Gracias a la definición de la imagen como a los espectros de luz, los astrónomos puedes estudiar la estructura de las galaxias de las primeras épocas del universo.