El telescopio Webb descubrió el momento en que nació una galaxia en los confines del tiempo cósmico

Existe un instante en la historia del universo en el que la luz se abrió paso por primera vez a través de la oscuridad, cuando las primeras estrellas encendieron un abismo de hidrógeno y helio, y el cosmos comenzó a parecerse a lo que hoy conocemos. Los astrónomos han teorizado sobre ese momento durante décadas. Ahora, por primera vez, es posible que estén mirándolo directamente.

Un nuevo estudio publicado en la revista Nature describe el descubrimiento de LAP1-B, una galaxia extraordinariamente tenue observada tal como existía apenas 800 millones de años después del Big Bang, hace aproximadamente trece mil millones de años. El hallazgo, liderado por el astrónomo Kimihiko Nakajima de la Universidad de Kanazawa en Japón, está siendo calificado como una de las galaxias más químicamente primitivas jamás observadas, y lleva consigo lo que podrían ser las primeras huellas espectroscópicas directas de estrellas de Población III: la primera generación estelar en la historia del universo.

Una galaxia demasiado tenue para verse, hasta ahora

LAP1-B no es el tipo de objeto que se revela fácilmente. A su distancia y escala, sería completamente invisible bajo condiciones observacionales normales. Lo que hizo posible su detección fue una afortunada alineación de geometría cósmica conocida como lente gravitacional. Un masivo cúmulo de galaxias posicionado entre LAP1-B y la Tierra dobló y amplificó la luz de la galaxia distante por un factor de cien, convirtiendo una señal imperceptible en algo que el Telescopio Espacial James Webb pudo analizar con detalle.

Webb, lanzado en diciembre de 2021, fue diseñado precisamente para momentos como este. Con su espejo primario de 6,5 metros operando en el infrarrojo cercano y medio, la banda de longitudes de onda hacia la cual la luz del universo temprano se ha desplazado debido a la expansión cósmica, puede resolver características espectrales en objetos que estaban completamente fuera del alcance de cualquier instrumento anterior. En el caso de LAP1-B, esa capacidad marcó la diferencia entre la invisibilidad y el descubrimiento.

Luz que viene del gas, no de las estrellas

Cuando el equipo examinó LAP1-B en detalle, emergió de inmediato algo inusual: la mayor parte de la luz de la galaxia no provenía de sus estrellas. En cambio, la emisión dominante provenía de nubes brillantes de gas interestelar energizadas por un intenso baño de radiación ionizante desde su interior.

Los investigadores descompusieron esa luz en su espectro de componentes y estudiaron las líneas de emisión, las longitudes de onda precisas en las que diferentes elementos químicos irradian cuando son excitados. Lo que encontraron fue llamativo en su simplicidad: LAP1-B contiene casi ningún elemento pesado. Su abundancia de oxígeno es aproximadamente 240 veces inferior a la del Sol. En términos astrofísicos, esta galaxia es extremadamente pobre en metales, situándola entre los entornos de formación estelar más químicamente primitivos jamás medidos.

Ese nivel de simplicidad química no es accidental. Es una firma de extrema juventud, de una galaxia que aún no ha tenido tiempo de ser enriquecida por las muertes de generaciones de estrellas. Los elementos pesados, carbono, oxígeno, hierro, silicio, se forjan en el interior de las estrellas y se dispersan por el medio interestelar a través de supernovas. Cuantos menos de ellos contiene una galaxia, menos generaciones estelares ha atravesado. LAP1-B parece haber comenzado apenas.

La firma de las primeras estrellas

El aspecto más relevante del descubrimiento reside en una proporción química específica. El equipo midió una relación carbono-oxígeno elevada en el gas de la galaxia. Esto no es lo que producen las poblaciones estelares estándar. Pero es precisamente lo que los modelos teóricos predicen que debería resultar de las muertes explosivas de estrellas de Población III, la primera generación estelar hipotética del universo, compuesta casi enteramente de hidrógeno y helio, enormemente masiva y de vida corta.

Las estrellas de Población III nunca han sido observadas directamente. Su existencia es una de las predicciones fundamentales de la teoría cosmológica, pero confirmarla ha permanecido fuera del alcance porque cualquier estrella superviviente de esa generación sería hoy indetectable, y cualquier galaxia que las haya albergado estaría en el límite extremo de la observabilidad. LAP1-B podría cambiar eso. Su perfil químico, combinado con la intensa radiación ionizante detectada en su espectro, también consistente con la física estelar de Población III, construye una imagen coherente de una galaxia en la que las primeras estrellas vivieron y murieron, dejando su marca química en el gas que rodea a sus sucesoras.

Materia oscura en los cimientos

Más allá de la química estelar, los investigadores realizaron otra medición significativa. Al rastrear el movimiento y la velocidad del gas dentro de LAP1-B, pudieron estimar la masa gravitacional que mantiene unida a la galaxia. El resultado fue inequívoco: la materia visible por sí sola no podía dar cuenta de la dinámica de la galaxia. Un halo masivo de materia oscura, invisible pero gravitacionalmente decisivo, debe estar presente para mantener coherente la estructura.

Esto es consistente con el modelo cosmológico estándar, en el que los halos de materia oscura se forman primero y proporcionan el andamiaje gravitacional dentro del cual cae la materia ordinaria, se condensa y eventualmente forma estrellas y galaxias. LAP1-B parece representar un ejemplo muy temprano de ese proceso, un halo de materia oscura que apenas ha comenzado a acumular su primer contenido bariónico e ignitar su primera población estelar.

Un fósil en formación

Los autores del estudio describen a LAP1-B como un fósil en proceso de formación. En el universo local, los astrónomos han estudiado durante mucho tiempo galaxias enanas ultra-tenues, sistemas estelares pequeños, antiguos y químicamente primitivos que parecen ser reliquias de la era de reionización, el período en que las primeras estrellas ionizaron el hidrógeno neutro que impregnaba el universo temprano y lo hicieron transparente a la luz. Estas enanas cercanas son difíciles de estudiar en detalle porque su gas original hace mucho tiempo que desapareció. LAP1-B ofrece algo que esos fósiles no pueden: la galaxia tal como se estaba formando, con el gas aún presente, aún brillando y aún legible.

En ese sentido, el descubrimiento proporciona un vínculo ancestral directo entre los constructos teóricos de la cosmología del universo temprano y las reliquias observables que sobreviven en la vecindad de la Vía Láctea hoy. La galaxia a trece mil millones de años luz de distancia y las enanas ultra-tenues del grupo local pueden ser fundamentalmente el mismo tipo de objeto, separadas únicamente por el tiempo.

Lo que Webb sigue revelando

LAP1-B no es el primer vistazo de Webb a la era de reionización, y no será el último. Desde que entró en operación, el telescopio ha empujado sistemáticamente la frontera observacional, identificando galaxias a corrimientos al rojo cada vez mayores, caracterizando los espectros de objetos que estaban completamente fuera del alcance antes, y desafiando suposiciones sobre con qué rapidez el universo temprano ensambló su estructura a gran escala. Cada nuevo descubrimiento añade resolución a una imagen que aún se está ensamblando: la historia de cómo un universo compuesto casi enteramente de hidrógeno y helio se transformó, en unos pocos miles de millones de años, en uno que contiene estrellas, planetas y la complejidad química que hace posible la vida.

La detección de lo que puede ser la herencia química de la primera generación estelar dentro de LAP1-B es un punto de datos extraordinario en esa historia. No cierra la pregunta de cuándo y cómo existieron las estrellas de Población III, pero abre un nuevo camino observacional hacia su respuesta. A trece mil millones de años luz de distancia, mirando hacia atrás a un universo que tenía apenas el cinco por ciento de su edad actual, Webb ha encontrado lo que puede ser lo más cercano que los astrónomos han llegado jamás a presenciar el amanecer cósmico.

El estudio fue publicado en Nature bajo el DOI 10.1038/s41586-026-10374-1.

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