Una máquina del tiempo cósmica: como el James Webb nos permite ver las primeras galaxias del universo

Ha sido una semana emocionante con el lanzamiento de fotos impresionantes de nuestro Universo por parte del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Imágenes como la siguiente nos dan la oportunidad de ver galaxias lejanas tenues tal como eran hace más de 13 mil millones de años.

Sara Webb. Investigadora Postdoctoral, Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne

Es el momento perfecto para dar un paso atrás y apreciar nuestro billete de primera clase a las profundidades del Universo y cómo estas imágenes nos permiten mirar hacia atrás en el tiempo.

Estas imágenes también plantean puntos interesantes sobre cómo la expansión del Universo influye en la forma en que calculamos las distancias a escala cosmológica.

Viajes en el tiempo moderno

Mirar hacia atrás en el tiempo puede parecer un concepto extraño, pero es lo que hacen los investigadores espaciales todos los días.

Nuestro Universo está sujeto a las reglas de la física, siendo una de las «reglas» más conocidas la velocidad de la luz. Y cuando hablamos de «luz», en realidad nos referimos a todas las longitudes de onda del espectro electromagnético, que viajan a unos 300.000 kilómetros por segundo.

La luz viaja tan rápido que en nuestra vida cotidiana parece ser instantánea. Incluso a estas velocidades vertiginosas, todavía lleva algún tiempo viajar a cualquier parte del cosmos.

Cuando miras a la Luna, en realidad la ves como era hace 1,3 segundos. Es solo un pequeño vistazo atrás en el tiempo, pero sigue siendo el pasado. Lo mismo ocurre con la luz solar, excepto que los fotones (partículas de luz) emitidas desde la superficie del Sol viajan poco más de ocho minutos antes de llegar finalmente a la Tierra.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, abarca más de 100 000 años luz. Y las hermosas estrellas recién nacidas que se ven en la imagen de Carina Nebula de JWST están a 7.500 años luz de distancia. En otras palabras, esta nebulosa, como se muestra en la imagen, es de aproximadamente 2000 años antes de cuando se cree que se inventó la primera escritura en la antigua Mesopotamia.

Cada vez que miramos hacia otro lado de la Tierra, estamos mirando hacia atrás en el tiempo a cómo eran las cosas una vez. Este es un superpoder para los astrónomos porque podemos usar la luz, tal como se ha observado a lo largo del tiempo, para tratar de descifrar el misterio de nuestro universo.

Lo que hace que JWST sea espectacular

Los telescopios espaciales nos permiten ver ciertos rangos de luz que no pueden atravesar la densa atmósfera de la Tierra. El telescopio espacial Hubble se diseñó y optimizó para utilizar las partes ultravioleta (UV) y visible del espectro electromagnético.

El JWST fue diseñado para utilizar una amplia gama de luz infrarroja. Y esta es una razón clave por la que el JWST puede ver más atrás en el tiempo que el Hubble.

Las galaxias emiten una gama de longitudes de onda en el espectro electromagnético, desde rayos gamma hasta ondas de radio, y todo lo demás. Todos estos nos dan información importante sobre las diferentes físicas que ocurren en una galaxia.

Cuando las galaxias están cerca de nosotros, su luz no ha cambiado mucho desde que se emitió, y podemos probar una amplia gama de estas longitudes de onda para comprender qué sucede dentro de ellas.

Pero cuando las galaxias están extremadamente lejos, ya no tenemos ese lujo. La luz de las galaxias más distantes, tal como la vemos ahora, se ha estirado a longitudes de onda más largas y rojas debido a la expansión del universo.

Esto significa que parte de la luz que habría sido visible para nuestros ojos cuando se emitió por primera vez ha perdido energía a medida que el universo se expandió. Ahora está en una región completamente diferente del espectro electromagnético. Este es un fenómeno llamado “ desplazamiento al rojo cosmológico ”.

Y aquí es donde realmente brilla el JWST. El amplio rango de longitudes de onda infrarrojas detectables por JWST le permite ver galaxias que el Hubble nunca pudo. Combine esta capacidad con el enorme espejo del JWST y la soberbia resolución de píxeles, y tendrá la máquina del tiempo más poderosa del universo conocido.

La edad de la luz no es igual a la distancia.

Usando el JWST, podremos capturar galaxias extremadamente distantes como lo eran solo 100 millones de años después del Big Bang, que ocurrió hace unos 13.800 millones de años.

Así podremos ver la luz de hace 13.700 millones de años. Sin embargo, lo que está a punto de dañar tu cerebro es que esas galaxias no están a 13.700 millones de años luz de distancia. La distancia real a esas galaxias hoy sería de ~46 mil millones de años luz.

Esta discrepancia es todo gracias a la expansión del universo, y hace que trabajar a gran escala sea complicado.

El universo se está gastando debido a algo llamado » energía oscura «. Se cree que es una constante universal, que actúa por igual en todas las áreas del espacio-tiempo (el tejido de nuestro universo).

Y cuanto más se expande el universo, mayor es el efecto que tiene la energía oscura en su expansión. Por eso, aunque el universo tiene 13.800 millones de años, en realidad tiene unos 93.000 millones de años luz de diámetro.

No podemos ver el efecto de la energía oscura a escala galáctica (dentro de la Vía Láctea), pero podemos verlo a distancias cosmológicas mucho mayores.

Siéntate y disfruta

Vivimos en una época extraordinaria de tecnología. Hace apenas 100 años, no sabíamos que había galaxias más allá de la nuestra. Ahora estimamos que hay billones, y tenemos muchas opciones.

En el futuro previsible, el JWST nos llevará en un viaje a través del espacio y el tiempo todas las semanas. Puede mantenerse actualizado con las últimas noticias a medida que la NASA las publica.

Fuente: theconversation.com