El primero de los seis proyectos dirigidos por astrónomos afiliados a Carnegie utilizará, durante los próximos tres días, el telescopio espacial James Webb (JWST por las siglas en inglés) para realizar algunas de las mediciones más precisas, jamás tomadas, de la química de las primeras galaxias, estudiando la luz que viajó 10.000 millones de años hasta llegar a nosotros.
Gwen Rudie, de Carnegie, y Allison Strom, antigua becaria postdoctoral de Carnegie-Princeton y ahora profesora de Northwestern, dirigen el proyecto CECILIA, que realizará mediciones extremadamente precisas de un conjunto de galaxias antiguas cuidadosamente seleccionadas para comprender su composición y trazar el notable crecimiento que experimentaron en la juventud del universo.
"Creemos que estas galaxias primitivas tienen una química muy, muy diferente a la de nuestra Vía Láctea y a la de las galaxias que nos rodean hoy en día. Y con CECILIA podremos averiguar con precisión cuán diferentes son realmente", explicó Rudie.
El nombre de su proyecto se debe a Cecilia Payne-Gaposchkin, quien hace casi 100 años realizó un trabajo pionero sobre la química de nuestro Sol. Sus descubrimientos en jaque los conocimientos de la comunidad científica sobre la composición del Sol y tuvo que hacer frente a críticas injustas durante años antes de que se reconociera finalmente su trabajo pionero.
En respuesta a la primera publicación de los datos del JWST, Rudie afirmó que "las imágenes iniciales nos muestran que nuestro proyecto nos sorprenderá casi con toda seguridad. Estamos entusiasmados por el inicio de una nueva era en la astronomía". CECILIA es sólo uno de los seis proyectos de la primera ronda del JWST cuyos científicos principales están afiliados a Carnegie. Utilizarán las extraordinarias capacidades del telescopio espacial para recopilar datos hasta finales de 2023.
Más proyectos del JWST dirigidos por Carnegie
Drew Newman (de Carnegie Observatories) apuntará el JWST a una antigua galaxia situada a unos 10.000 millones de años-luz de nosotros para entender por qué algunas galaxias dejaron de formar estrellas muy pronto, a pesar de que el universo en ese momento era un lugar muy activo, y la mayoría de las galaxias -como las estudiadas por Rudie y Strom- estaban en plena formación estelar. Su tiempo designado no se producirá hasta noviembre o diciembre del año que viene, pero la espera no empaña su entusiasmo por hacer realidad la tremenda promesa del JWST de revelar nuestro universo con un detalle nunca antes visto. "Este telescopio es un logro absolutamente increíble", dijo. "Las primeras imágenes y espectros profundos de JWST ya ofrecen sorpresas, son sólo un indicio de lo mucho que aprenderemos sobre el nacimiento y el crecimiento de las galaxias".
Las primeras observaciones del JWST por parte de Johanna Teske (de Carnegie EPL) están programadas de forma preliminar para el próximo mes de febrero, aunque también estarán salpicadas a lo largo del verano y hasta el otoño."Mientras tanto", dijo, "podemos aprender de todos los datos que lleguen, y de nuestros colegas expertos, y estar preparados para dar el pistoletazo de salida". El proyecto en el que trabaja su equipo tiene como objetivo comprender mejor el tipo de planeta más común en nuestra galaxia, la Vía Láctea -llamado súper-Tierra o sub-Neptuno-, que misteriosamente no se encuentra en nuestro propio Sistema Solar.
El JWST permitirá a Teske y a sus colegas intentar averiguar la variedad de la composición atmosférica de estos planetas, así como los fenómenos que controlan esta composición, información que podría revelar si este tipo de planetas tiene condiciones propicias para la vida. "Esperamos que nuestras observaciones lleven el telescopio y el instrumento que utilizaremos a sus límites", dijo Teske. "Los primeros resultados que hemos visto indican que se comportan al menos tan bien como se esperaba y, en muchos aspectos, sustancialmente mejor. Esto significa que probablemente descubriremos aún más sobre los planetas pequeños de lo que habíamos previsto inicialmente, como por ejemplo si tienen atmósferas que se formaron por desgasificación de sus interiores, o si son los llamados 'mundos de agua'".
Peter Gao (de Carnegie EPL) también utilizará el JWST para explorar las atmósferas de los exoplanetas. El próximo mes de mayo utilizará el revolucionario telescopio espacial para mejorar nuestro conocimiento de un raro tipo de planetas de muy baja densidad -piensa en algodón de azúcar-, que tienen masas de sólo unas pocas veces la de la Tierra, pero tamaños como los de los planetas gigantes del Sistema Solar. Gao espera que el JWST le permita revelar la explicación subyacente a las inusuales densidades de esta misteriosa clase planetaria.
"Es interesante pensar en lo diferente que será mi comprensión de los exoplanetas de aquí al próximo mes de mayo y lo pintorescos que parecerán en retrospectiva los modelos originales que generé para este planeta", dijo Gao. Como teórico, Gao hizo predicciones avanzadas de lo que revelarían las observaciones del JWST, incluyendo la generación de observaciones sintéticas. Ahora, dice que la responsabilidad de explicar lo que muestran los datos del telescopio recae en los teóricos. "De repente, lo desconocido está mucho más cerca de ser conocido, y están a punto de plantearse preguntas que ni siquiera habíamos pensado. Es como si mi carrera acabara de empezar", añadió.
En cambio, el JWST forma parte de la carrera de Alan Dressler (de Carnegie Observatories) desde hace más de 25 años. A mediados de la década de 1990, presidió el comité que condujo a la concepción del telescopio espacial. Ahora, forma parte del equipo de instrumentos de la Cámara de Infrarrojo Cercano del JWST y utilizará imágenes de campo profundo para analizar las historias de formación estelar de las galaxias de los primeros cien millones de años del universo. "NIRCam nos ayudará a entender cómo se construyen las galaxias a partir de nubes de gas que colapsan por la gravedad para formar estrellas, y cómo éstas se acumulan luego en estructuras más grandes", explicó. "Me centraré en ver si estas galaxias infantiles tienen tasas de formación estelar "explosivas", en lugar de crecientes o decrecientes, comportamiento que esperamos sea muy diferente en las galaxias a medida que maduran". Dressler fue invitado a la presentación de las primeras imágenes por parte del Space Telescope Science Institute y describe el asombro de los astrónomos presentes en la sala en ese momento.
¿Qué pasa con los telescopios terrestres?
La comunidad astronómica está entusiasmada con las capacidades del JWST. Pero esto no disminuye la importancia de la próxima generación de telescopios terrestres, incluido el Telescopio Gigante Magallanes, actualmente en construcción en el Observatorio Las Campanas de Carnegie, para impulsar futuros descubrimientos. "Estos grandes telescopios terrestres serán súper complementarios a cosas como el James Webb", explicó el director de los observatorios y científico adjunto de Carnegie, John Mulchaey.
Las capacidades ópticas del GMT -en comparación con los instrumentos infrarrojos desplegados en el JWST- mejorarán la capacidad de los astrónomos para detectar biomarcadores como el oxígeno en las atmósferas de los exoplanetas. Asimismo, la diferencia de tamaño de los espejos entre un telescopio espacial y uno terrestre permitirá a los astrónomos utilizar el GMT para caracterizar con mucho mayor detalle las primeras estrellas y galaxias detectadas por el JWST. "Va a ser una combinación súper emocionante", añadió Mulchaey.