El telescopio espacial James Webb, en funcionamiento desde 2022, ha ofrecido vistas del cosmos sin precedentes. Sus imágenes nítidas muestran un avance significativo con respecto al Telescopio Espacial Hubble, permitiendo observaciones más detalladas del universo. Recientemente, se publicó un estudio que presenta nuevos hallazgos en el servidor de preimpresión arXiv.
Esta capacidad de Webb quedó clara con el análisis del cúmulo de galaxias MACS J0308.9+2645, un registro que inicialmente provino del Hubble. Esta zona del espacio, rica en galaxias y fenómenos de lentes gravitacionales, había revelado previamente sistemas estelares formados hace aproximadamente 13 mil millones de años, cuando el universo tenía apenas mil millones de años. Estas galaxias aparecían como “arcos gravitacionales” deformados, con su luz amplificada por la masa del cúmulo. Sin embargo, otros descubrimientos estaban esperando ser revelados.
En una investigación reciente, el astrofísico Homero Dávila Gutiérrez ubicó un nuevo objeto que puede ser un arco gravitacional dentro del mismo cúmulo MACS J0308.9+2645.
Gutiérrez es conocido como el fundador y director de SKYCR.ORG, un portal de noticias en español dedicado a la astronomía y la exploración espacial. También es el primer ciudadano de Costa Rica en ser elegido miembro de la Real Sociedad Astronómica y de la Sociedad Astronómica Europea.
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El investigador confirmó la detección del candidato a arco, llamado A1, después de examinar datos históricos de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb. Esta información fue recopilada durante la campaña de Observación General 5293 de Webb.
Las lentes gravitacionales, un fenómeno predicho por la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, ocurren cuando objetos masivos curvan el espacio-tiempo. La luz, al pasar por este campo gravitacional, se distorsiona y amplifica. Durante muchos años, los astrónomos han utilizado estas “lentes” naturales, formadas por objetos en primer plano, para visualizar fuentes de luz más débiles y distantes.
La galaxia identificada por Gutiérrez muestra las características típicas de este efecto, con una forma alargada y curva. Descubrió el objeto A1 revisando 54 áreas públicas capturadas por NIRCam de JWST, evaluando 1.591 candidatos potenciales. Entre todos, sólo A1 demostró ser un fuerte candidato para un arco gravitacional, lo que indica su posible existencia en las primeras etapas del universo.
Según explica Gutiérrez, tres factores esenciales hacen único al A1. Su geometría, bastante alargada con una relación axial de aproximadamente 6,5, y su precisa alineación tangencial con respecto al centro del cúmulo, son consistentes con la deformación por lentes gravitacionales. Además, su brillo la convierte en la fuente más brillante entre las alargadas de la región, lo que facilita la medición. Finalmente, A1 no está incluida en ningún catálogo existente de lentes gravitacionales, como SIMBAD, NED o VizieR.
El astrofísico informó que, al contactar al equipo responsable del programa GO-5293, se confirmó que el objeto no se superponía con otros sistemas en estudio. “Una fuente real, brillante y no catalogada en forma de arco en un cúmulo masivo seleccionado por Planck es lo que hizo que la investigación fuera interesante”, dijo.
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Utilizando la herramienta fotométrica EAZY para un análisis multibanda, Gutiérrez calculó un valor de corrimiento al rojo de z ≈ 4,4. Este dato sitúa a A1 en los primeros mil millones de años de existencia del universo. Un análisis posterior, utilizando un método desarrollado por la astrofísica israelí Ana Acebron en 2018, impuso límites a la masa del cúmulo MACS J0308.9+2645, lo que indica que el objeto A1 experimentó un aumento de siete veces.
Con los ajustes fotométricos realizados, A1 se revela como una galaxia con un corrimiento al rojo de aproximadamente z ≈ 1,4, lo que significa que estamos observando cómo era hace 9 mil millones de años. Este objeto se encuentra detrás del cúmulo MACS J0308.9+2645, que tiene un corrimiento al rojo de z = 0,356 y es uno de los más masivos jamás detectados. La luz de A1, al pasar a través del cúmulo, fue sometida a una lente gravitacional simple, lo que dio como resultado una imagen estirada y ligeramente ampliada por la fuerza gravitacional del cúmulo, y no imágenes múltiples.
“La posición estimada de A1, a unos 51 segundos de arco del centro de rayos X del cúmulo, y su elongación tangencial concuerdan bien con la imagen observada”, dijo Gutiérrez. Añadió que la prueba final, que implica un modelo de lentes gravitacionales actualizado del cúmulo con datos recientes del JWST, aún está en desarrollo.
La investigación también indicó la presencia de un segundo objeto potencialmente similar, llamado A2, que comparte características geométricas con A1. Sin embargo, esta fuente de luz es considerablemente más débil, más pequeña, más estirada y su medición fotométrica es menos precisa. La distancia proyectada de A2 en relación con el grupo central es similar a la de A1.
“Esta situación es relevante porque el problema fotométrico que influyó en la estimación inicial del corrimiento al rojo de A1 -donde las mediciones del catálogo capturan sólo una pequeña parte de la luz de una fuente extensa- impacta aún más en una fuente menos luminosa como A2”, explicó Gutiérrez. Consideró la naturaleza y el desplazamiento al rojo de A2 como puntos que debían aclararse, en espera del mismo nuevo análisis corregido aplicado a A1.
El resultado más interesante de estos hallazgos es la indicación de que innumerables otras galaxias candidatas tempranas pueden estar ocultas en los datos recopilados por el Telescopio Webb.
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“La colección pública de Webb está creciendo a un ritmo que excede la capacidad de análisis individual, y este descubrimiento demuestra que los datos publicados anteriormente contienen información crucial, accesible a investigadores dedicados”, dijo Gutiérrez. También señaló una lección importante: la fotometría de catálogo automatizada puede generar errores significativos para fuentes grandes, como en el caso en el que inicialmente se sugirió un corrimiento al rojo mucho mayor. Por lo tanto, la verificación, nuevas mediciones independientes y la comunicación con el equipo original del programa son esenciales.
“El paso más gratificante de todo este proceso fue la colaboración: el equipo GO-5293 brindó su apoyo, confirmó que el objeto no estaba catalogado y ahora estamos desarrollando conjuntamente su modelo de lente actualizado para definir la naturaleza de A1”, concluyó. Destacó la importancia de las asociaciones entre investigadores autónomos y equipos de programas que utilizan datos públicos, ejemplificando el funcionamiento ideal del archivo Webb.