El Telescopio Espacial James Webb (JWST) representa un salto monumental en nuestra capacidad para observar los primeros momentos del universo. Lanzado en diciembre de 2021, el exitoso despliegue del telescopio (en particular el despliegue de su enorme parasol) marcó el comienzo de una era en la que observar las primeras estrellas ya no es ciencia ficción, sino que está al alcance de la mano.
El rompecabezas de los primeros agujeros negros
Una de las sorpresas iniciales del JWST ha sido el descubrimiento de agujeros negros supermasivos que existían cuando el universo tenía sólo el 3% de su edad actual. Estos agujeros negros, algunos de los cuales superan un millón de veces la masa de nuestro sol, plantean un importante enigma: ¿cómo se formaron tan rápidamente? Una teoría sugiere que los agujeros negros más pequeños, nacidos de la muerte explosiva de las primeras estrellas (conocidas como estrellas de Población III), se fusionaron rápidamente bajo la gravedad para crear estos gigantes. Sin embargo, la escala de tiempo para este proceso es ajustada, lo que plantea interrogantes sobre los mecanismos que permitieron que miles de agujeros negros más pequeños se fusionaran en tan sólo unos pocos cientos de millones de años.
Estrellas de población III: la primera luz del universo
Las estrellas de población III son la clave para responder estas preguntas. Estas estrellas se formaron en un universo primordial compuesto casi en su totalidad por hidrógeno y helio, con sólo trazas de otros elementos. Eran mucho más masivas que las estrellas nacidas hoy, vivían rápido y morían jóvenes en espectaculares supernovas. Estas explosiones sembraron el universo con elementos más pesados (carbono, oxígeno, hierro) esenciales para la formación de planetas y vida.
El desafío es que nadie ha observado nunca directamente estas estrellas. Su extrema distancia y la expansión del universo dificultan la detección, pero JWST ofrece una solución.
Lentes gravitacionales: un microscopio cósmico
Para superar este desafío, los astrónomos están utilizando un fenómeno llamado lente gravitacional. Los objetos masivos, como los cúmulos de galaxias, curvan el espacio mismo, magnificando la luz de las galaxias distantes detrás de ellos. Este efecto, predicho por Einstein, esencialmente convierte al universo en un telescopio natural. Al apuntar el JWST a estas lentes, podemos lograr factores de aumento de hasta 10.000 en ciertas regiones, convirtiendo efectivamente el observatorio en un microscopio cósmico. Esto nos permite ver objetos que de otro modo serían imposibles de detectar.
Primeros vistazos: Ícaro y Eärendel
En los últimos años, los astrónomos ya han vislumbrado algunas de las estrellas más antiguas hasta el momento. En 2016, el Telescopio Espacial Hubble detectó “Ícaro”, la primera estrella observada mediante este método, situada a una increíble distancia de 200 veces la de cualquier estrella conocida anteriormente. Más recientemente, en 2022, JWST descubrió “Earendel”, una estrella cinco veces más lejana que Ícaro, que aparecía tal como era cuando el universo tenía solo el 7% de su edad actual.
Estos descubrimientos sugieren que pronto podremos observar directamente la primera generación de estrellas. Sin embargo, incluso estas observaciones son instantáneas en el tiempo: vemos estas estrellas como eran hace miles de millones de años, no como existen hoy.
La materia oscura y la búsqueda de estructuras invisibles
La luz de estas antiguas estrellas no sólo revela información sobre su composición; también atraviesa las estructuras invisibles de la materia oscura. La materia oscura constituye la gran mayoría de la materia del universo, pero su naturaleza sigue siendo desconocida. Al analizar cómo se distorsiona la luz de las estrellas, los astrónomos pueden mapear la distribución de la materia oscura y probar teorías sobre su composición. Algunas observaciones recientes sugieren que la materia oscura puede formar estructuras con masas comparables a las de los planetas, lo que descartaría ciertos modelos de materia oscura.
El futuro de la primera luz
La búsqueda de estrellas de Población III se está acelerando. El próximo Telescopio Espacial Romano Nancy Grace estudiará una porción más grande del cielo, revelando miles de nuevas lentes gravitacionales. El planeado Observatorio de Mundos Habitables (HWO) promete capacidades aún mayores, lo que potencialmente nos permitirá estudiar estas antiguas estrellas con un detalle sin precedentes.
Al combinar el poder de los telescopios avanzados con las propias lentes de la naturaleza, estamos entrando en una era dorada de la astronomía. Observar las primeras estrellas del universo no se trata sólo de comprender el cosmos primitivo; se trata de desentrañar los misterios fundamentales de la materia oscura y los orígenes de todo lo que vemos hoy. Pronto se confirmarán las primeras estrellas de dinosaurios, y las estudiaremos con mayor detalle, revelando secretos que han estado ocultos durante miles de millones de años.
