La incesante búsqueda de las primeras galaxias

En el caso particular de la galaxia GS-z13-0, JWST rompió con creces el récord previamente establecido por Hubble, detectando los fotones provenientes de una galaxia nada menos que cuando el Universo tenía el 2% de su edad [1]. Si hacemos la analogía considerando al Universo como un abuelo de 80 años, la imagen obtenida de GS-z13-0 equivale a una foto del Universo cuando era un bebé de tan solo 1 año de edad.

A la luz de estos descubrimientos, es emocionante pensar que tan solo 100 años atrás la comunidad astronómica debatía si las «nebulosas» con forma espiral que se observaban en el cielo eran objetos más bien pequeños ubicados dentro de nuestra galaxia, o realmente otras galaxias, independientes de la nuestra, ubicadas a grandes distancias (este debate se conoce como «El gran debate» o el debate Shapley-Curtis [2]). Como podrán imaginar, la solución a esta gran pregunta tenía consecuencias fundamentales en cuanto al tamaño del Universo. La respuesta final vino de la mano de, entre otros, Edwin Hubble, quien utilizando técnicas para medir distancias en base a estrellas variables desarrollado por pioneras como Henrietta Leavitt, demostró que la nebulosa espiral Andrómeda era realmente una galaxia independiente de la nuestra, ubicada a unos 2.5 millones de años-luz de distancia.

Una vez zanjado el «Gran Debate», el avance en la detección de galaxias cada vez más distantes fue relativamente lento, hasta que entre las décadas de los 50 y 70 telescopios de espejos de 1 metro, como el Observatorio Lick en Estados Unidos, empujaron la detección de galaxias hasta cuando el Universo tenía el 75% de su edad.

El primer salto considerable vino en la década de los 80 y 90 de la mano de los nuevos telescopios con espejos de 4 metros, como Kitt Peak o La Silla, que permitieron la detección de galaxias cuando el Universo tenía el 15% de su edad.

El siguiente gran salto ocurrió entre los 90 y los 2.000 gracias a los grandes telescopios con espejos de 8 a 10 metros, como Keck en Hawaii o el Very Large Telescope en Chile, que expandieron los límites de nuestro Universo observable hasta cuando el Universo tenía tan solo 4% de su edad. Finalmente, la revolución comenzó gracias a la entrada en escena del observatorio ALMA en el norte de Chile y JWST, que nos han permitido confirmar la distancia a galaxias cuando el Universo era tan joven que tan sólo tenía 300 millones de años de edad (o el 2% de su edad).

La siguiente imagen [3] presenta un cuadro resumen de la historia de la búsqueda de las primeras galaxias (adaptada de una presentación del astrónomo N. Laporte [4]).

Dada esta explosión de descubrimientos de galaxias cada vez más distantes, surge naturalmente la pregunta, ¿cuál es el límite?, ¿cuán atrás en el tiempo podemos observar y seguir descubriendo galaxias ya formadas? Para contestar esta pregunta debemos primero ponernos de acuerdo en la definición de galaxia. Desde un punto de vista teórico, una galaxia es un sistema compuesto por un halo de materia oscura, gas, y al menos una generación de primeras estrellas, lo suficientemente masiva para que cuando estas estrellas jóvenes y gigantes exploten como supernova la galaxia no se rompa en pedazos. Desde este punto de vista, toda la evidencia que hemos logrado recolectar hasta el momento indica que deberíamos ser capaces de observar galaxias ya formadas tan atrás como cuando el Universo tenía tan solo el 1% de su edad, o aproximadamente 200 millones de años. Puede incluso que sea mucho antes. La respuesta a este misterio probablemente nos sorprenda, como ocurre casi siempre que exploramos las fronteras del Universo.

[1] “Identification and properties of intense star-forming galaxies at redshifts z>10”, Robertson et al. 2023, https://arxiv.org/abs/2212.04480

[2] https://es.wikipedia.org/wiki/Gran_Debate

[3] https://drive.google.com/file/d/1zLxSvvX-f2H4aA2hYY7PVUH10T1JuFBp/view?usp=sharing

[4] https://geco2023-1gyr.sciencesconf.org/data/Laporte.mp4