La imagen superior representa a JADES-GS-z14-0, la galaxia recién descubierta en la constelación austral del Horno. Podría tratarse de una galaxia más de entre las billones que pueblan el universo, pero ostenta un récord de enorme interés científico: es la más alejada del planeta Tierra, hasta la fecha. Y es aquí donde acaban de encontrar oxígeno.
Para hacernos una idea de la enorme distancia que nos separa, la luz emitida por JADES-GS-z14-0 ha tardado 13 400 millones de años en alcanzarnos, cuando el universo contaba con tan sólo 300 millones de años de edad.
Y en este recóndito lugar del cosmos, dos equipos de investigadores han detectado oxígeno a partir de los datos recogidos por el observatorio ALMA en el desierto de Atacama (Chile).
Si bien no es la primera vez que se ha encontrado oxígeno molecular fuera de la Vía Láctea, este hallazgo ha desconcertado a los investigadores por su abundancia en una galaxia tan joven como JADES-GS-z14-0.
¿Cómo han logrado los astrónomos conocer la composición química de una galaxia tan lejana en el universo?
Analizando la luz que recibimos de las galaxias
Es universalmente conocido el fenómeno de la dispersión cromática de la luz blanca al atravesar un prisma de vidrio, tal como estudió detalladamente Isaac Newton en su tratado de Óptica a mediados del siglo XVII. Hablamos de la descomposición de la luz blanca en todas las tonalidades del arcoíris, formando lo que se denomina un espectro continuo.
Sin embargo, no todas las fuentes de luz generan este tipo de emisión continua. Así, los elementos químicos en estado gaseoso y sometidos a elevadas temperaturas producen espectros discontinuos, en los que sólo son emitidas unas determinadas longitudes de onda o colores.
La explicación de este fenómeno está basada en la teoría atómica del físico danés Niels Bohr. Bohr asoció la emisión de luz por parte de los elementos químicos con el comportamiento de los electrones en sus órbitas alrededor del núcleo atómico.
El conjunto de líneas espectrales es característico de cada elemento químico, y esto permite su identificación tras un minucioso análisis espectroscópico. De esta forma, al analizar el espectro de la luz procedente de galaxias lejanas, los investigadores pueden conocer su composición química con extraordinaria precisión.
Pero hay un detalle que no hemos comentado todavía, y que es totalmente necesario en espectroscopía astronómica: las fuentes emisoras de luz (galaxias o estrellas) no son estáticas, se mueven con velocidades bien definidas.
En particular, las galaxias se alejan cada vez más de nosotros, lo que conlleva cambios en la distribución de las líneas espectrales de los elementos químicos presentes en ellas.
El desplazamiento hacia el rojo
En efecto, el universo no es estático, se está expandiendo. Y este hecho es bien conocido desde comienzos del siglo. Entonces, el astrónomo norteamericano Erwin Hubble comprobó experimentalmente la expansión del cosmos a partir del desplazamiento hacia el rojo de galaxias lejanas.
Este fenómeno consiste en el corrimiento hacia las zonas del espectro electromagnético menos energéticas (asociadas a mayores longitudes de onda) de todas las líneas espectrales procedentes de una fuente emisora que se está alejando de un observador.
El color rojo aparece en su propia definición (“corrimiento al rojo”), ya que corresponde a la longitud de onda menos energética del espectro visible. Pero el desplazamiento espectral no tiene necesariamente que producirse hacia ese color en particular. De hecho, la mayoría de los colores en el espectro visible se trasladan hacia la zona del infrarrojo.
Midiendo este corrimiento de las líneas espectrales, los astrónomos pueden determinar la distancia a la que se encuentran las galaxias de nosotros. De forma cuantitativa, este desplazamiento hacia el rojo (o redshift en inglés) viene determinado por el parámetro z.
Valores altos de redshift corresponden a galaxias muy alejadas de nosotros. En el caso que nos ocupa, la galaxia JADES-GS-z14-0 presenta un extraordinario valor de z=14.32, tal como figura en su propia denominación.
La señal de oxígeno en JADES-GS-z14-0
Tras un análisis exhaustivo del espectro de emisión de JADES-GS-z14-0 por parte de dos equipos independientes de investigadores (a partir de los datos recogidos por el observatorio ALMA), se llegó a una conclusión sorprendente: la presencia inequívoca de oxígeno en la galaxia más distante conocida.
Y la sorpresa fue grande, pues no se esperaba encontrar elementos pesados como el oxígeno en una galaxia tan joven. Los datos sugieren que JADES-GS-z14-0 es mucho más madura químicamente de lo esperado.
Posibles implicaciones del descubrimiento
Las galaxias comienzan su existencia repletas de estrellas jóvenes, compuestas principalmente por elementos ligeros como el hidrógeno y el helio. A medida que evolucionan, crean elementos más pesados como el oxígeno, que se dispersan por toda la galaxia cuando mueren tras una violenta explosión denominada supernova.
Sin embargo, los investigadores creían que con tan sólo 300 millones de años, el universo era aún demasiado joven para poseer galaxias abundantes en elementos pesados como el oxígeno. Este hecho desconcertó a los astrónomos, pues JADES-GS-z14-0 contiene aproximadamente diez veces más elementos pesados de lo esperado.
En palabras de Sander Schouws, doctorando en el Observatorio de Leiden (Países Bajos) y primer autor del estudio, “es como encontrar un adolescente donde solo se esperaría encontrar bebés. Los resultados muestran que la galaxia se ha formado y madurado muy rápidamente”.
Mejoras en la incertidumbre
Además, la detección de oxígeno en esta galaxia ha permitido a los investigadores mejorar la precisión en las mediciones de la distancia a JADES-GS-z14-0 con una incertidumbre de tan solo el 0,005 % (equivalente a una precisión de 5 cm en una distancia de 1 km).
Esta detección de oxígeno inesperada en una galaxia tan lejana está haciendo que los astrónomos reconsideren la velocidad con la que se formaron las galaxias en el universo más primitivo, posiblemente desafiando las actuales teorías sobre formación galáctica.
Óscar del Barco Novillo, Profesor asociado. Departamento de Física (área de Óptica)., Universidad de Murcia
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
