Las primeras galaxias: el amanecer cósmico
Mirar muy lejos es mirar muy atrás en el tiempo. El Webb se construyó precisamente para captar la luz de las primeras galaxias —el «amanecer cósmico»—, y lo que ha encontrado está obligando a repensar cómo y cuándo se formaron las estructuras del universo.
Una máquina del tiempo
La idea de partida es a la vez sencilla y vertiginosa: ver lejos es ver el pasado. La luz viaja muy rápido, pero no infinitamente rápido, así que tarda en llegar. Cuando miramos el Sol, lo vemos como era hace ocho minutos; cuando observamos una galaxia a 13.400 millones de años luz, la vemos tal como era hace 13.400 millones de años, cuando el universo era un recién nacido. Un telescopio potente es, en realidad, una máquina del tiempo que nos muestra la infancia del cosmos.
Hay un detalle clave: esa luz tan antigua nos llega estirada. Como el universo se expande, las ondas de luz que lo recorren se alargan, y el color se desplaza desde el azul y el visible hacia el rojo y el infrarrojo. Es el corrimiento al rojo, que se mide con la letra z: cuanto mayor es z, más lejos está el objeto y más atrás en el tiempo lo vemos. Las primeras galaxias tienen un z tan alto que solo pueden captarse en infrarrojo. Y para eso, precisamente, se construyó el Webb: un espejo enorme y unos instrumentos infrarrojos diseñados para recoger esa luz debilísima y antiquísima.
El primer campo profundo
La primera imagen científica del Webb, en julio de 2022, fue un campo profundo: una fotografía de muy larga exposición de un trozo minúsculo de cielo, no mayor que un grano de arena sostenido con el brazo extendido. En esa nada aparente había miles de galaxias. La imagen apuntaba al cúmulo SMACS 0723 y aprovechaba un truco de la naturaleza: la enorme masa del cúmulo curva el espacio y actúa como una lente que amplía la luz de las galaxias todavía más lejanas que hay detrás. Gracias a esa lupa cósmica, el Webb vio objetos que, de otro modo, habrían sido demasiado débiles para detectarse.
Desde entonces ha batido el récord de la galaxia más lejana una y otra vez. Uno de los campeones confirmados, JADES-GS-z14-0, ya brillaba cuando el universo tenía apenas ~290 millones de años: un 2 % de su edad actual. Encontrar una galaxia ya formada tan pronto es como dar con la foto de un bebé caminando a las pocas semanas de nacer.
Cómo las encuentra y las confirma
Detectar estas galaxias es un proceso en dos pasos:
- Cazarlas con la cámara de infrarrojo cercano, NIRCam. Una galaxia muy lejana «desaparece» en los filtros azules —su luz ultravioleta queda absorbida por el hidrógeno del camino— y «aparece» de golpe en los rojos. Ese salto característico (la ruptura de Lyman) delata su distancia aproximada con solo mirar sus colores.
- Confirmarlas con el espectrógrafo NIRSpec, que descompone la luz en todos sus colores. Midiendo líneas concretas —como las del oxígeno o el hidrógeno— se obtiene la distancia exacta. Este paso es fundamental: estimar distancias solo con colores induce a errores, y más de una candidata «récord» se ha desinflado al medirla con espectro.
Qué se sabía antes del Webb
El Hubble ya había hecho sus propios campos profundos y había llegado a ver galaxias de unos 400-500 millones de años tras el Big Bang. Pero las que captaba eran pequeñas, débiles, azuladas e irregulares: grumos a medio montar, justo como cabía esperar. El modelo estándar de la cosmología (conocido como ΛCDM) describe un crecimiento jerárquico y lento: primero se forman pequeñas galaxias que, a lo largo de miles de millones de años, se van fusionando en otras cada vez mayores. Según esa imagen, en las primeras épocas debería haber poca cosa, y desde luego nada grande ni ordenado.
La sorpresa: un universo joven más maduro de lo previsto
El Webb ha encontrado un universo primitivo más poblado y más maduro de lo que casi nadie esperaba:
- Más galaxias, y más brillantes de lo que predecían los modelos para esas primeras épocas.
- Algunas parecen haber acumulado mucha masa estelar muy pronto —las llamadas «galaxias imposibles»—, hasta el punto de rozar el límite de lo que el modelo permite: tendrían que haber convertido en estrellas casi todo su gas disponible, con una eficiencia que en el universo actual no se observa.
- Otras muestran ya formas ordenadas, discos que rotan e incluso barras centrales, cuando se esperaba puro caos.
- Y ayudan a explicar la reionización: la intensa luz ultravioleta de estas galaxias jóvenes fue, probablemente, la que «despejó» la niebla de hidrógeno neutro que llenaba el cosmos, volviéndolo transparente hacia los mil millones de años de edad.
Si esas masas y esas prisas se confirman, tensionan el calendario del modelo estándar: no parece haber tiempo suficiente para construir tanto tan rápido.
Las explicaciones sobre la mesa
El debate está muy vivo, y lo más probable es que la respuesta combine varios ingredientes:
- Formación de estrellas más eficiente o «a ráfagas». En un universo joven, denso y rebosante de gas, las galaxias pudieron fabricar estrellas mucho más deprisa, en estallidos intensos y breves en lugar de a fuego lento.
- Primeras estrellas distintas. Las generaciones iniciales, formadas casi sin elementos pesados, pudieron ser más masivas y luminosas que las actuales, de modo que una galaxia parezca tener más masa de la que realmente tiene.
- Agujeros negros disfrazados. Parte del brillo de algunos de estos objetos no procede de estrellas, sino de agujeros negros que devoran materia. De hecho, muchas de las fuentes «demasiado brillantes» resultaron ser los enigmáticos «Little Red Dots». Un agujero negro activo infla el brillo sin necesidad de tantas estrellas.
- Masas sobrestimadas. Calcular la masa solo a partir de los colores (fotometría) es traicionero; al medirla con espectros, varias de las galaxias «imposibles» se han rebajado a valores más razonables.
Por qué importa
Entender este amanecer cósmico es entender nuestros propios orígenes: de aquellas primeras galaxias descienden, tras miles de millones de años de fusiones, gigantes como la Vía Láctea, capaces de albergar estrellas con planetas y, al menos en un caso, vida. El Webb está rellenando el primer capítulo de esa historia, el que ningún telescopio había podido leer hasta ahora.
Nota importante a tener en cuenta. No hay consenso, y conviene desconfiar de los titulares que dan por «roto» el modelo cosmológico. Lo más probable es que ΛCDM siga en pie, pero con la física de las galaxias jóvenes mucho mejor entendida. Es ciencia en plena ebullición, y harán falta muchos más espectros para zanjar el debate.