formación estelar en el universo temprano

Una ciudad vieja que se rodea de nuevos suburbios. En el centro, calles estrechas donde la vida casi se ha detenido, y en las afueras, un bullicio de construcción. Así es una galaxia espiral cuyo núcleo alberga estrellas que envejecieron hace tiempo, mientras que en el disco exterior aún nacen otras nuevas.

En una galaxia lejana, la luz del gas incandescente debería revelar su composición. El telescopio James Webb descompuso esa luz en un espectro, y los astrónomos vieron que las líneas de oxígeno eran demasiado débiles.

Las galaxias tenues dispersas por el cúmulo de Perseo parecen fantasmas entre vecinos brillantes. Son tan difusas que los objetos lejanos se transparentan a través de ellas, y contienen cientos de veces menos estrellas que nuestra Vía Láctea.

En los primeros 500 millones de años después del Big Bang, las galaxias crecían a un ritmo vertiginoso. El gas caía rápidamente en ellas y colapsaba en estrellas sin encontrar resistencia. Este período se conoce como 'formación estelar sin obstáculos'.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Incluso el vacío estaba agitado: los empujones cuánticos mecían los campos como el viento agita las espigas en un campo.

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

El espectrógrafo del JWST captó una sutil caída en el espectro de una lejana galaxia — dos líneas, como sombras dejadas por gas frío. Son las líneas del sodio, esa misma luz amarilla de las farolas urbanas. Aquí, en el borde del universo visible, revelan una pausada exhalación de la galaxia, que devuelve materia al cosmos.

Agua hirviendo en una olla: por ahí hay que empezar. Las burbujas de vapor suben, estallan y la superficie se calma. Más o menos así, en los primeros instantes de la vida del universo, podría haberse comportado un campo especial que llenaba el espacio: en él se inflaban y chocaban burbujas de una nueva fase, como islotes de vapor en un líquido.

Dos ciudades sufren una serie de incendios. En una, el viento dispersa las cenizas mucho más allá de las afueras y el cielo permanece despejado. En la otra, las cenizas se asientan formando un denso velo que tiñe los atardeceres de carmesí.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

Las estrellas masivas son titanes cósmicos, cuyas vidas transcurren bajo el signo de una energía indomable. Cuando una de estas estrellas entra en la fase de supergigante B[e], su radiación es tan potente que, aparentemente, sería capaz de disociar cualquier molécula en átomos.

Cuando miramos al espacio profundo, vemos el pasado. La ley de Edwin Hubble convierte el corrimiento al rojo en una máquina del tiempo: la luz de la galaxia UDS 12999 tardó 7.600 millones de años en llegar hasta nosotros — más de la mitad de la vida del Universo.

En el centro de una galaxia diminuta hay un cúmulo denso de estrellas y materia oscura. Este cúmulo, llamado solitón, no está inmóvil: tiembla y oscila, como gelatina en un plato.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. Esta expansión dejó tras de sí ondulaciones: diminutas sobredensidades en la radiación caliente y el plasma.

Todo comenzó no con el vacío, sino con un océano de plasma hirviendo. En este caldo primigenio, las ondas sonoras corrían a través de la materia ardiente, chocaban y la compactaban. A veces, un grumo se volvía tan denso que la luz ya no podía escapar, y directamente del gas incandescente nacía un agujero negro primordial.

Una ciudad enorme enciende nuevas farolas cada noche. Pero un día azota un huracán que arranca todo el combustible de los almacenes, y las farolas se apagan una tras otra. Algo parecido han vislumbrado los astrónomos en una galaxia cuya luz ha tardado 12,5 mil millones de años en llegarnos.

Las galaxias elípticas son tranquilas megápolis estelares jubiladas. Según todas las leyes, su luz debería ser serena, rojiza, como un atardecer. Pero los espectros gritan lo contrario: en el ultravioleta lejano, estas ancianas arden como guirnaldas navideñas. Durante tres décadas, los astrónomos se devanaron los sesos con este «repunte ultravioleta» (UV upturn).

Con ayuda del telescopio James Webb, los astrónomos se asomaron a un antiguo cuásar — el deslumbrante corazón de una galaxia, donde un agujero negro gigante succiona materia. Resultó que no solo destruye, sino que también crea: sus potentes chorros y ondas de choque actúan como un auténtico molino cósmico.

Los primeros dos mil millones de años tras el Big Bang fueron una época en la que el Universo parecía una obra en ebullición. La materia oscura aglomeraba el gas en grumos, y este se encendía con las primeras estrellas.

Las imágenes del James Webb captaron un brillo inesperadamente intenso de las primeras galaxias. Una tostadora dora una rebanada en un minuto, mientras que un horno cuece una hogaza en una hora: el resultado final es el mismo. Así ocurre en el cosmos: las galaxias jóvenes emitían una luz potente con rapidez, como una tostadora, en lugar de cocer estrellas lentamente, como un horno.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

El universo se expande, y en su historia hay dos episodios sorprendentes que aún no encajan en el panorama simple. El primero es un período corto en su juventud, cuando todo se dispersaba más rápido de lo esperado, como si alguien hubiera pisado el acelerador. El segundo es la aceleración actual, como si el mismo pedal estuviera pisado de nuevo, pero con más suavidad.

Una calle donde acaban de construir casas. Unas lucen ventanas limpias, otras están cubiertas de polvo de obra. Así más o menos eran las galaxias cuando el universo tenía apenas unos cientos de millones de años. El nuevo telescopio James Webb ha mirado en esa época y ha visto decenas de brillantes islas estelares.

En un parque urbano, los árboles crecen más rápido que en un bosque profundo. No porque el suelo sea mejor, sino porque aquí chocan más a menudo sus ramas e intercambian semillas. Algo parecido hacen las galaxias en el protocúmulo de la Telaraña: un enorme cúmulo de materia que, dentro de miles de millones de años, se convertirá en un cúmulo maduro.

La luz antigua, que viaja desde hace 14 mil millones de años, nos llega de todas direcciones. A simple vista parece perfectamente uniforme, pero al mirar con atención emergen minúsculas fluctuaciones, como ondas en una película lisa. Esas ondas no son ruido aleatorio, sino una crónica cifrada del universo.

Dos transatlánticos navegan de noche sin luces. Uno fue construido en un astillero con planchas de acero; el otro parece haber brotado por sí solo de la espuma y las olas. De oído son casi indistinguibles, pero un hidroacústico experimentado captará la diferencia en el rumor de las hélices y en las líneas del casco.

El telescopio JWST detectó muchas galaxias brillantes en el Universo joven. Su luz ultravioleta apenas era absorbida por el polvo cósmico — contrariamente a las expectativas previas.

En el caldero ardiente del universo temprano, el vacío, como un líquido sobreenfriado, podía burbujear con una nueva fase. Durante mucho tiempo, los físicos depositaron sus esperanzas en estas burbujas como fuente de agujeros negros primordiales (ANP) — candidatos ideales a materia oscura.

Un diminuto agujero negro atraviesa una nube de gas. No la absorbe, sino que la calienta, como una plancha dejada sobre un paño húmedo. De él emana radiación y a su alrededor se forma un punto caliente: una región donde la temperatura es cientos de veces mayor que la del espacio circundante.

Una bombilla tenue de repente comienza a iluminar patrones invisibles en la pared. Así es como los astrónomos observan las lejanas galaxias enanas: diminutas islas estelares, pobres en elementos pesados. En algunas de ellas se ha detectado un débil resplandor violeta de helio ionizado (la línea espectral especial He II 4686 Å).

Los axiones son partículas elementales hipotéticas introducidas en la teoría por Roberto Peccei y Helen Quinn en 1977 para resolver el llamado problema fuerte de CP en el modelo estándar de la física de partículas.

En un jardín donde las primeras flores no solo se abren, sino que de inmediato dejan caer semillas mucho más allá de la cerca, hay algo increíblemente generoso. Algo parecido ocurría en el universo joven.

Se abre un viejo cofre con reliquias familiares y dentro hay joyas que se creían contemporáneas de la bisabuela. Pero de repente se descubre que el oro fue refundido y las piedras fueron talladas de nuevo, y que esto ocurrió mucho más tarde de lo que se pensaba. Una historia similar les sucedió a las partículas más antiguas de los meteoritos: las inclusiones ricas en calcio y aluminio, o CAI.

Una red de pesca está tendida en las profundidades del cosmos. Cuando una estrella masiva muere, deja tras de sí un agujero negro: una plomada en esa red. Normalmente, tales plomadas pesan desde unas pocas hasta decenas de soles.

Tras el Big Bang, el Universo se llenó de gas frío, principalmente hidrógeno neutro y helio. Envolvió el cosmos como la niebla matutina, impenetrable para la luz. Así comenzó la Edad Oscura. Cuando se encendieron las primeras galaxias, su radiación, como un potente reflector, empezó a arrancar electrones de los átomos.

En el telescopio se ve una galaxia que parece un gigantesco molinete luminoso. Su disco se extiende a lo largo de treinta mil años luz, un tercio del diámetro de nuestra Vía Láctea. Pero lo más sorprendente es que este molinete ya existía dos mil millones de años después del nacimiento del universo.

El enigma del rápido crecimiento de los agujeros negros en el universo joven podría explicarse con las quasiestrellas. Son gigantescos capullos de gas con un agujero oculto en su interior. La materia que cae en él se calienta y emite tanta luz que impide que el capullo colapse. Tal objeto pesa miles de soles y brilla más que toda una galaxia.

En los albores de la Tierra, hace unos cuatro mil millones de años, el planeta era un lugar hostil: un sol tenue, frecuentes impactos de asteroides, aire sin oxígeno. En tales condiciones, los primeros pasos de la vida parecen casi imposibles.

El letrero de neón cósmico se encendió en una galaxia increíblemente lejana: casi toda su luz proviene del gas incandescente, y las estrellas se pierden en ese resplandor. «James Webb» registró que el gas —una mezcla de hidrógeno y helio— está tan caliente que brilla por sí mismo.

En 2015, los astrónomos examinaban el cúmulo de galaxias de Coma y notaron algo extraño: unas «pelusas» enormes pero casi invisibles. Estas galaxias tienen el tamaño de nuestra Vía Láctea, pero brillan cientos de veces menos. Las llamaron ultradifusas, es decir, «extremadamente difuminadas».