El telescopio James Webb ha encontrado evidencias de moléculas de carbono, y polvo, presentes en la infancia del universo, apenas mil millones de años después del Big Bang. Es diferente al polvo que se puede observar mucho más cerca y, por tanto, en fases posteriores del universo.
Moléculas de carbono presentes en la infancia del cosmos
El descubrimiento del telescopio James Webb ha sido posible gracias a la campaña JADES, que estudia galaxias en la infancia del cosmos. La campaña ha utilizado 32 días del tiempo de observación del telescopio, analizando y detallando galaxias tenues en su juventud. El polvo observado estaba presente en, al menos, una de las cientos de galaxias estudiadas. Parece tratarse, principalmente, de granos de grafito o diamante, algo que es mucho más común en las fases más recientes de la historia del universo, pero no en esa época.
Su firma química es muy parecida a la de moléculas basadas en carbono, llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Estas moléculas son mucho más abundantes en la historia reciente del universo, pero es poco probable que estuviesen presentes cuando el cosmos apenas tenía mil millones de años. Así que la pregunta es inevitable. ¿Cómo es posible que existiesen en esa época tan temprana? Un grupo de investigadores ha especulado que los granos similares al diamante pueden proceder de explosiones de supernovas.
Es posible producirlos en pequeñas escalas de tiempo por medio de algunas estrellas (de tipo Wolf-Rayet) o en el material expulsado por una supernova. Estas viejas estrellas, tremendamente cálidas, pueden ser las progenitoras de algunos tipos de supernovas. Serían lugares perfectos para la creación de diamantes diminutos y de polvo con base de carbono. De hecho, algunos modelos muestran que los granos ricos en carbono proceden de algunos tipo de estrellas Wolf-Rayet. No solo eso, esos granos pueden sobrevivir a las supernovas.
Cuándo existieron las primeras estrellas
Las primeras estrellas se formaron cuando el universo era muy joven. Quizá tan solo cien millones de años después del Big Bang. Las primeras galaxias se remontan a cuando el cosmos tenía unos 400 millones de años. Las primeras estrellas estaban formadas únicamente por hidrógeno y helio. Vivieron vidas breves y explotaron como supernovas. Esas explosiones pudieron proporcionar los primeros casos de polvo en el universo. Con más fases de formación de estrellas en las primeras galaxias, el polvo se acumuló y eso es lo que ha detectado el telescopio Webb.
Las moléculas basadas en carbono, y los pequeños diamantes, requieren unas condiciones concretas, de mucha energía y temperatura, que podrían haber sido proporcionadas por las primeras estrellas. El polvo está presente en todo el universo. Es un producto de la evolución de las estrellas, así que no resulta sorprendente encontrarlo en las primeras etapas del cosmos. Es algo que proporciona pistas sobre los procesos estelares, pero oculta muchas cosas. Por ejemplo, el polvo impide que se pueda ver el centro de la galaxia.
También impide que se puedan ver los objetos en la infancia del cosmos. Por suerte, la capacidad de análisis del telescopio James Webb permite ver a través de ese polvo. El análisis químico de ese polvo proporciona muchos detalles sobre su composición. Algunas moléculas de polvo interactúan con ciertos tipos de luz. Los astrónomos usan esa propiedad para determinar de qué está hecho ese polvo. Los granos ricos en carbono son muy eficientes a la hora de absorber luz ultravioleta en cierta longitud de onda. Es la primera vez que se observa en las galaxias de la infancia del cosmos.
Si no fuesen esas moléculas de carbono, ¿qué se observa en la infancia del cosmos?
Esta característica es tremendamente útil para observar el polvo y es muy útil en las observaciones de HAP en el universo. Sería muy interesante que existiesen en las primeras etapas del cosmos, pero su proceso de formación está ligado a estrellas recién nacidas y la formación de exoplanetas. Esto no se ha visto hasta que el universo tenía unos dos mil millones de años. Además, los HAPs son también bloques básicos de la vida. en las observaciones de Webb, el análisis de ese polvo es ligeramente diferente al de los HAPs vistos en épocas posteriores.
Esa ligera diferencia sugiere que, quizá, los astrónomos pueden estar observando una mezcla de diferentes granos. Algo que también se podría producir en escalas cortas de tiempo, por medio de estrellas Wolf-Rayet y supernovas. Antes de que llegase el telescopio Webb, era necesario observar diferentes galaxias en la infancia del cosmos. eso obligaba a observar galaxias que llevaban mucho tiempo formando estrellas. Ahora, sin embargo, es posible observar galaxias enanas, de manera individual, que existieron cuando el universo tenía mil millones de años.
Esto ofrece la oportunidad de estudiar el origen del polvo cósmico, cuando el universo estaba realmente en su infancia. Queda mucho trabajo por delante, según cuentan los investigadores. Están planeando trabajar con científicos que crean modelos de producción de polvo y del crecimiento de las galaxias. Esto permitirá entender mejor cuál es el origen del polvo y los elementos pesados en el universo. Será interesante ver cómo se sigue completando la imagen que tenemos del universo, y sus primeras galaxias, gracias al telescopio James Webb.
Estudio
El estudio es J. Witstok, I. Shivaei, R. Smit et al.; «Carbonaceous dust grains seen in the first billion years of cosmic time». Publicado en la revista Nature el 19 de julio de 2023. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
