23/07/2022

Primeras luces del JWST

Las primeras imágenes del Telescopio Espacial Webb son extraordinarias, tal como preveíamos habiendo visto las pruebas de ingeniería que se hicieron durante la puesta a punto de los instrumentos durante los últimos meses. Evidentemente, los objetos fotografiados fueron elegidos cuidadosamente: dos imágenes que muestran la evolución del universo, dos sobre la evolución de las estrellas, y una sobre ¿la evolución de la vida? 

La más impresionante es el Primer Campo Profundo (no dejen de descargar la imagen a resolución completa; esto no es algo para ver en el celu, eh).

La imagen es muy compleja, y voy a describir someramente lo que muestra. Vemos unas pocas estrellas de nuestra propia galaxia: son los puntos brillantes que tienen 6 rayos (y dos más cortitos), producidos por la peculiar geometría del telescopio, a los que nos tenemos que acostumbrar (el Hubble y muchos otros telescopios producen 4 rayitos alrededor de las estrellas brillantes). En medio de la imagen vemos un gran cúmulo de galaxias: son las galaxias blancuzcas, más bien grandecitas. Los cúmulos de galaxias son los ladrillos que forman el universo. Recordemos que cada galaxia es una colección de cientos de miles de millones de estrellas, que no podemos ver individualmente en fotos como esta, ni siquiera con el Webb. Este cúmulo está tan lejos que la luz que vemos es tan antigua partió al mismo tiempo que se estaban formando el Sol y la Tierra. Con todo, son las galaxias más cercanas de la foto. Mezcladas entre ellas vemos una cantidad de arcos rojos y anaranjados: también son galaxias, con formas muy distintas de las que estamos habituados. Son galaxias mucho más lejanas que las del cúmulo, que actúa como una gigantesca lente natural distorsionando y amplificando la luz que lo atraviesa, obedeciendo a la Relatividad General. Finalmente, esparcidas por el campo, vemos miles y miles de puntitos pequeños: son más y más galaxias, hasta el confín de los tiempos.

El telescopio midió la distancia a algunas de ellas produciendo unos exquisitos espectros de su luz. Las más lejanas se ven como pequeños puntitos rojos, y hay una identificada cuya luz partió hace 13100 millones de años, cuando el universo era un bebé. ¡Sería como verme a mí cuando tenía 2 añitos y medio! ¿Se imaginan si un arqueólogo pudiera ver una población humana de hace 95 mil años? Los telescopios son realmente como máquinas del tiempo, nos muestran el pasado del universo. Ese universo medía la décima parte de lo que mide ahora, y las galaxias eran muy distintas. En sus espectros, sin embargo, Webb identificó la presencia de elementos pesados, indicando que a pesar de ser tan distintas, ya habían pasado por una o más generaciones de estrellas, que enriquecieron su química con respecto al hidrógeno y helio primordiales, que vienen del origen del universo

Vale la pena comentar que el campo fotografiado es pequeñísimo, como un granito de arena a la distancia de un brazo extendido: si sostenemos una birome con el brazo en alto, la bolita de la punta está eclipsando la luz de cien mil galaxias, cada una de ellas con sus centenares de miles de millones de estrellas, más sus planetas, sus lunas, sus cometas, y la mar en coche. También vale la pena destacar lo fácil que le resulta al Webb obtener esta imagen, incluídos los exquisitos espectros, en una exposición de 12 horas. Los campos profundos del Hubble (menos profundos que este, recordemos) llevan semanas. Una comparación con el mismo campo, fotografiado por el Hubble, muestra el enorme salto que representa el telescopio Webb: no es marginalmente mejor que el Hubble, es una generación nueva de instrumentos, tanto ópticamente como en sus sensores. Noten no sólo la multitud de galaxias pequeñitas, sino también los detalles de las más grandes. Esta comparación abarca más o menos el ancho de un pelo sostenido con el brazo extendido.

A propósito de la mar en coche, la imagen más cercana compartida en la primera tanda no es una foto, sino un espectro de la atmósfera de un planeta pasando por delante de su estrella, un mini eclipse durante el cual el Webb pudo pispear fugazmente la composición química de sus gases. No es una imagen atractiva como una foto, pero esconde tesoros que recién se van a empezar a analizar. Esa curva con subidas y bajadas muestra que hay vapor de agua y cuánta hay, que hay nubes y bruma, que hay vientos. Algún día, observando alguno de estos planetas lejanos (no este), Webb nos mostrará que existe algún gas que delate la presencia de vida. El proyecto del Webb se inició en 1995, el mismo año que se descubrió el primero de estos planetas alrededor de otras estrellas. ¡Hoy conocemos miles! El proyecto original seguramente ni siquiera contemplaba este tipo de observaciones de atmósferas a mil años luz de distancia. 


Las imágenes se ven hermosamente multicolores. Esto me sorprendió un poco. Webb no ve luz, sino radiación infrarroja, que desde el punto de vista de la astronomía es mejor que la luz, porque es más penetrante en el espacio interestelar e intergaláctico. Observen los filamentos anaranjados en la imagen del Quinteto de Stephan (recortada y achicada aquí abajo, vayan a ver la original): son de polvo, que se ve oscuro en fotos de luz visible. Pero la radiación infrarroja no es distinta de la luz, es el mismo fenómeno físico. Es luz, sólo que luz que no podemos ver. Para construir imágenes que podamos apreciar nosotros, primates visuales, los astrónomos le asignan a cada color infrarrojo un color de luz visible. Lo que vemos como azul en las fotos del Webb es un infrarrojo completamente invisible para el ojo humano. Yo no sabía cómo iba a quedar, y me daba un poco de miedo de que no fueran imágenes tan atractivas como las del Hubble, que durante más de una generación han capturado la imaginación de la gente. Afortunadamente, el resultado es magnífico. 

Las cuatro fotos que vimos en la primera tanda son hermosas, pero son sólo astrofotos. Esas galaxias lejanas, por ejemplo, ¿cómo son? ¿cuántas hay? ¿cuánto pesan? ¿cómo son sus estrellas, de qué están hechas? ¿cómo llegaron a convertirse en "vías lácteas"? ¿Cómo son sus agujeros negros centrales? Esconden un tesoro de información codificada en su luz, y la ciencia del Webb recién empieza. 

 


Las imágenes son de NASA/ESA/STScI/JWST/HST. A pesar de que las noticias titularon "la NASA revela..." es importante recordar que el JWST, al igual que el HST, es un proyecto multinacional, como casi todos los grandes proyectos científicos.

7 comentarios:

  1. Gracias por compartir esta info

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  2. Una pregunta, a Guillermo, o a quien quiera contestar. Y perdón, si son muy elementales mis preguntas. Si los telescopios son como máquinas del tiempo, y lo que nos muestran en realidad, son el pasado del universo, en este caso, hace 13.100 millones de años luz, es posible, que esa Galaxia, distante esa cantidad de años luz, ya no exista ? Que lo que veamos en realidad sea solamente su luz, que viajó todo ese tiempo, pero la galaxia como tal, haya consumido ya todo su combustible, si así se lo puede llamar y haya ya desaparecido ? En el eter..en el espacio, donde sea que se produce..? En medio de esa expansión, cada vez mas veloz..leía, no recuerdo bien donde, que la velocidad, a la que el Universo se expande, es el doble de la velocidad de la luz, y en aumento. Es que las galaxias, llega un momento en que dejan de existir y mueren ? Desaparecen ?
    Por otro lado, otra pregunta: Esa primera foto del campo profundo, enfocada en una determinada dirección, se supone que está de exprofeso direccionada hacia ese lugar específico del cósmos, dónde se supone o se tiene registro que haya iniciado todo, con el Big Bang ? Se tiene registro, que allí está la parte más antigua del Universo ??
    En fin, son tal vez, preguntas muy elementales para ustedes, astrónomos,
    astrofísicos, pero como es un sitio de divulgación científica, me animo a hacerlas.

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    1. Hola, Mirta. Siempre son bienvenidos tus comentarios, no tenés que disculparte. Mi proósito es escribir para todos e inspirarlos en su apreciación del universo.

      Tus preguntas son muy buenas, y realmente tendría que escribir una nota completa explicando esto, porque a mucha gente le intriga. Pero diré algo aquí de todos modos. Las galaxias siguen existiendo, si bien se van transformando. Precisamente uno de los objetivos del JWST es investigar cómo se convirtieron de galaxias bebés en galaxias maduras como la Vía Láctea. Al igual que en un organismo, donde las células mueren y se van reemplazando, en las galaxias son las estrellas las que se van extinguiendo y son reemplazadas por nuevas generaciones de estrellas. Muchas de las estrellas cuya luz vemos brillar en esa galaxia hace 13 mil millones de años, efectivamente, ya no existen. Muchas otras sí, aunque parezca mentira: hay estrellas extremadamente longevas.

      El gas del que nacen las estrellas se recicla, no se extingue, y siempre hay material para nuevas estrellas. Lo que sí cambia es la velocidad de formación de nuevas estrellas, a lo largo de la evolución de las galaxias (otro de los objetivos del JWST). En un futuro muy lejano, muy muy lejano, pero muy muy muy lejano, se extinguirá todo el "combustible" para crear nuevas estrellas, y las galaxias se irán apagando una a una.

      La expansión del universo no es una velocidad de las galaxias en el espacio, sino una expansión del propio espacio. No afecta la dinámica interna de las galaxias y sus estrellas. Sí afecta cómo las vemos.

      La foto del Primer Campo Profundo fue elegida hacia esa dirección particular, que ya había sido fotografiada por el Telescopio Hubble. Pero no tiene nada de particular en sí misma. No hay una dirección en la que se vea más lejos que en otra: el universo es igual en todos lados y hacia todas las direcciones, y el Big Bang ocurrió en todos lados a la vez (sí, incluso AQUÍ).

      Bueno, más respuestas (que despertarán más preguntas), en futuras notas. ¡Me las dejo anotadas!

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  3. Wow !! Gracias Guillermo !! Por tan buenas respuestas. He llegado a la conclusión entonces, que todas las galaxias están vivas ! Y que las hay de diversa edad : bebés, jóvenes y viejas, muy viejas, como esa que el JSWT, enfocaba en el campo profundo. Entiendo que aún no han empezado a morir.
    Claro, hay que tener la mente científica de ustedes, para dimensionar esta realidad. Si somos menos que un neutrón en este universo !
    Me leí tu artículo del Big Bang. Excelente ! Tampoco entra en la cabeza, tal vez en la de ustedes sí, o en la de Einstein !! Pero en la cabeza del común mortal... ¡¡ Ni a gancho !!..dirían los chicos. Recuerdo haber visto, como un fotograma, que se publicó, allá por esa fecha, donde se veía un óvalo granuloso de calor, de los restos que se habían descubierto, como prueba de la teoría del Big Bang. Y del cual dedujeron la edad del Universo. Por eso asumí que se encontraba en algún lugar particular del universo, esos restos del Big Bang
    Ahora, si es igual en todas direcciones, porqué se teoriza, que ésa sea la galaxia mas antigua descubierta hasta ahora ?
    Si en realidad puede haber billones de tales galaxias en todas direcciones ? O me equivoco ?
    Es alucinante pensar todas estas cuestiones, y excede en años luz, nuestra capacidad de comprensión. Por eso creo, que si no fuera por la brillante mente de todos ustedes, científicos, no nos sería posible poder interpretar todo ésto, que nos maravilla.
    Mil gracias por tu tiempo y explicación, que me dejó, literalmente, boquiabierta !
    También lo de la expansión del universo.

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    1. Hola, Mirta. De todas las galaxias conocidas, necesariamente alguna de ellas es la más antigua. A medida que que van midiendo más, ese récord irá cambiando. Cuál sea la más antigua no tiene ninguna importancia. Lo que va a hacer el Webb es medir toda una población de galaxias muy antiguas, miles seguramente, cuyo estudio y propiedades permitirán descubrir cómo es organizó la materia después del Big Bang, cómo eran las primeras estrellas, cómo enriquecieron la química del universo que acabó permitiendo la existencia de los seres vivos.

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  4. Anónimo7/8/22 18:17

    Hola Guillermo, gracias por tu respuesta. Es clara. Entiendo que es irrelevante, que tal o cual galaxia, a medida que se las va descubriendo, sea más antigua. Siempre aparecerán otras más antiguas. Lo que me viene a preguntarte otra cosa.. si no fuera mucho abusar, de tu predisposición a explicar estos fenómenos.
    Pero podrías tal vez explicar las "Lentes gravitacionales" ?. Por lo que entiendo, son como grandes colaboradores cosmológicos para ver "Más lejos "!! Si ese cúmulo de Galaxias, el SMACK..00723, creo que se llama, actúa como tal, para ver esas galaxias más antiguas, creo que es preponderante no solo su función, sino entender cómo funcionan. Y vos explicas tan claro y fácil, cuestiones tan dífíciles de entender.
    Por lo que entiendo, la fuerza gravitatoria de ese cúmulo actúa como un telescopio natural ? Es así? Leí en algún lado que lo predijo el genio de Einstein. Y sin ellos no se podría ver a semejante distancia ?..en fin..tal vez sean muchas preguntas..para cuando puedas y tengas ganas.
    Dos cosas me maravillaron esta semana : La galaxia CARTWHEEL ..bellísima, y la estrella errante ZETA OPHIUCHI..captada por el Chandra.
    Mirta. (aclaro porque sale como anónimo)

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