Lo que esconden las imágenes capturadas por el James Webb

Desde su privilegiada posición L2, situada a un millón de kilómetros de la Tierra, el telescopio Webb acaba de empezar a desentrañar nuevos conocimientos sobre el Universo. ¿Qué es lo más emocionante de los últimos datos atrapados en la 'tela de araña' de los 18 segmentos hexagonales de su espejo principal?

Los nuevos datos del Webb muestran evidencias de la existencia de vapor de agua, brumas y algunas nubes nunca antes vistas, en el planeta gigante gaseoso WASP-96b. La masa del planeta es la mitad de la de Júpiter y transita frente a su estrella cada 3,4 días, lo que permite que una pequeña fracción de la luz de la estrella atraviese su atmósfera y revele su composición a los instrumentos del Webb. No se espera que este planeta albergue vida tal y como la conocemos, ya que no posee una fina atmósfera sobre una superficie rocosa, como las condiciones de la Tierra.

El Webb alcanza con una sensibilidad sin precedentes las galaxias débiles que produjeron la primera luz en las edades oscuras del Universo

Pero también hubo una 'imagen profunda' del cosmos que se dio a conocer en un evento dedicado en la Casa Blanca, presentado por el presidente Biden y la vicepresidenta Harris. La imagen muestra numerosos arcos rojos extendidos alrededor de un cúmulo de galaxias, denominado SMACS 0723, situado a unos 5.000 millones de años luz. El administrador de la NASA, Nelson, señaló: "Señor presidente, estamos mirando al pasado más de 13.000 millones de años", una afirmación inusual en la casa de la política de DC, que hace planes a una escala de tiempo de cuatro años.

Estos arcos sorprendentemente nítidos se observaron gracias a la resolución angular sin precedentes de la óptica del Webb. En ellos aparecen antiguas galaxias pequeñas de los primeros tiempos cósmicos que casualmente se encontraban detrás del cúmulo, de modo que sus imágenes se deformaron por el efecto de las lentes gravitacionales. Los cúmulos de galaxias, como el SMACS 0723, contienen una concentración de unas mil galaxias similares a la Vía Láctea, que vuelan a un cinco por ciento de la velocidad de la luz o a 1.609 kilómetros por segundo. La mayor parte de la masa del cúmulo está formada por materia oscura, una sustancia invisible que rellena los huecos oscuros de la imagen del Webb. Los núcleos luminosos de las galaxias son como peces que nadan en un recipiente lleno de agua transparente, unidos por la gravedad, que hace las veces de paredes del 'acuario'.

Desde que Fritz Zwicky observara los cúmulos de galaxias en 1933, sabemos que la mayor parte de la materia que contienen es invisible. Mientras que Zwicky dedujo que la materia oscura debe existir para unir las galaxias que se mueven rápidamente, el mismo pozo de potencial gravitatorio se puede sondear directamente a través de su efecto de lente en las galaxias del fondo espacial.

El telescopio Webb alcanza con una sensibilidad sin precedentes las galaxias apenas visibles que produjeron la primera luz durante las edades oscuras del Universo, cientos de millones de años después del Big Bang. Su inédita capacidad para mirar hacia atrás en el tiempo se debe a que su lugar de observación está muy alejado de la brillante atmósfera terrestre, a que el área de su 'cubo de luz' es 7,3 veces mayor que la del telescopio espacial Hubble y a su alta sensibilidad a la banda infrarroja hacia la que se desplaza la luz estelar de los primeros tiempos cósmicos.

En su 'imagen profunda' publicada, el Telescopio Webb, de 10.000 millones de dólares, cuenta con la ayuda de la lente gravitacional natural de SMACS 0723, que se nos ha proporcionado amablemente de forma gratuita. La lente del cúmulo magnifica las fuentes distantes que se encuentran detrás de él, desviando su luz. La combinación del telescopio Webb y el poder de aumento del cúmulo nos permite mirar más profundamente al universo que nunca antes.

En un artículo de 1936 titulado "Acción de lente de una estrella por la desviación de la luz en el campo gravitatorio", Albert Einstein predijo que una estrella en el fondo espacial podría ser lente gravitatoria en un anillo si se encuentra precisamente detrás de una estrella de primer plano. Este 'anillo de Einstein' es un resultado de la simetría cilíndrica alrededor de la lente. Un cúmulo de galaxias no es perfectamente simétrico, por lo que las fuentes situadas detrás de su centro se ven reflejadas en un anillo parcial, o en un arco, como se puede ver en la imagen de Webb.

En 1992, entré en el despacho de Andy Gould, becario posdoctoral del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, donde Einstein escribió su artículo sobre lentes. Andy trabajaba mucho en el tema de las lentes gravitacionales de los objetos compactos, considerando la posibilidad de que la materia oscura esté hecha de ellos. Le pregunté a Andy si alguna vez había considerado la contribución de un planeta al efecto de lente por parte de una estrella. Andy respondió rápidamente: "los planetas tienen una masa insignificante en relación con su estrella anfitriona, por lo que su impacto en el efecto lente combinado sería insignificante". Acepté el veredicto del experto local en lentes y me retiré tranquilamente a mi despacho. Diez minutos más tarde, Andy se presentó en mi despacho y dijo: "Me equivoqué... el radio del anillo de Einstein de los planetas escala como la raíz cuadrada de su masa, por lo que su efecto es medible y podría servir como un nuevo método para descubrir planetas alrededor de estrellas lejanas. Escribamos un artículo sobre ello". Y así lo hicimos en un artículo titulado "Descubrir sistemas planetarios mediante microlentes gravitacionales". Hoy en día, las lentes gravitacionales son el principal método por el que se descubren planetas alrededor de estrellas lejanas en las que el método de tránsito es menos práctico porque las estrellas son demasiado débiles.

Esta anécdota de hace 30 años entrelaza los temas de las dos imágenes del Webb que se acaban de desvelar.

Hace una década, escribí dos libros de texto, uno titulado: '¿Cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias?', y el segundo, en coautoría con mi antiguo estudiante de posgrado Steve Furlanetto, titulado 'Las primeras galaxias del Universo'. Ambos libros describen las expectativas teóricas de lo que el telescopio Webb podría encontrar en el contexto de la historia científica del génesis: 'Hágase la luz'. El año pasado, fui coautor de un libro de texto con mi antigua 'postdoc' Manasvi Lingam, titulado 'La vida en el cosmos'. No cabe duda de que me alegraría que las previsiones de estos libros de texto se vieran confirmadas por los futuros datos del Webb. Pero aún mejor, me encantaría que los datos de Webb nos sorprendieran con nuevos descubrimientos que nunca se habían previsto.