Es tracta d'un objecte catalogat com MoM-z14, la llum del qual va començar el seu viatge uns 280 milions d'anys després del Big Bang i ha trigat més de 13.000 milions d'anys a arribar a nosaltres. Aquest resultat, que ha passat per revisió per parells i serà publicat a la revista Open Journal of Astrophysics després de la seva difusió inicial a arXiv, planteja un desafiament seriós als models teòrics que descriuen la formació de les primeres galàxies.
La galàxia més antiga confirmada: així se n'ha mesurat la distància
L´equip liderat per l´astrofísic Rohan Naidu, del departament d'Astrofísica del MIT i de l'Institut Kavli d'Astrofísica i Investigació Espacial, ha aconseguit confirmar que el senyal registrat procedeix de la font més llunyana verificada mitjançant espectroscòpia. Aquesta tècnica permet descompondre la llum i mesurar amb precisió la seva corriment al vermell, un paràmetre clau per estimar la distància còsmica.
En el cas de MoM-z14, el corriment al vermell mesurat assoleix un valor de z ≈ 14,44, cosa que implica que observem la galàxia en una etapa extremadament primerenca de l'univers. Aquesta marca desbanca l'anterior rècord, també establert pel James Webb, i situa MoM-z14 com a nou referent per estudiar l'univers a les primeres centenes de milions d'anys.
Naidu i el seu equip han recorregut al NIRSpec, l'espectrògraf d'infraroig proper del Webb, per obtenir un espectre detallat de la galàxia. Aquest instrument permet anar més enllà de les simples imatges, ja que no només veu l'objecte, sinó que revela com està composta la seva llum i, amb això, en quin moment de la història còsmica es troba.
Segons explica el mateix Naidu en declaracions difoses per la NASA, amb el Webb “podem mirar més lluny que mai i allò que apareix no s'assembla a allò que anticipaven els models” Aquesta discrepància entre allò observat i allò previst s'ha convertit en una de les qüestions més candents de la cosmologia actual.
Un petit tac a les imatges, però un gegant científic
A primera vista, MoM-z14 només es percep com una petita taca groguenca a les imatges de camp profund del James Webb. Tot i això, darrere d'aquest aspecte modest s'amaga una galàxia que està trencant esquemes. Malgrat la seva mida relativament compacte, la seva brillantor és extraordinàriament alta per a una època tan primerenca.
Les dades apunten que aquesta galàxia té una massa comparable a la de la Petit Núvol de Magallanes, una galàxia nana que orbita la Via Làctia. No obstant això, MoM-z14 destaca per haver estat observada en ple episodi de formació estel·lar molt intensa, el que explicaria en part la seva elevada luminosité a l'infravermelho.
Per a la comunitat científica, un dels punts més rellevants de l'estudi és que MoM-z14 no és un cas aïllat, sinó que se suma a un conjunt creixent de galàxies extremadament brillants detectades als primers 500 milions d'anys de l'univers. Segons els càlculs de l'equip, algunes galàxies poden ser fins i tot 100 vegades més lluminoses del que esperaven els models teòrics.
Aquesta diferència tan notable entre teoria i observació ha estat destacada per Jacob Shen, investigador postdoctoral del MIT, que subratlla que aquests resultats “plantegen preguntes molt suggerents que caldrà explorar amb detall en els propers anys.” En altres paraules, l'univers primerenc sembla haver estat molt més eficient generant galàxies brillants del que es pensava.
Química peculiar: un excés de nitrogen difícil d'encaixar
Més enllà del rècord de distància i de brillantor, MoM-z14 ha cridat l'atenció pel seu composició química inusual. L'anàlisi espectroscòpic indica que presenta una proporció de nitrogen particularment alta respecte al carboni, un patró que no encaixa amb el que els models actuals prediuen per a una galàxia tan jove.
Aquest tipus de signatura química recorda la que s'observa en certs cúmuls globulars antics de la Via Làctia, conjunts d'estrelles molt velles que es consideren autèntics fòssils de l'univers primerenc. La coincidència suggereix un possible vincle entre els processos de formació estel·lar a les primeres galàxies i els que van deixar la seva empremta a la nostra pròpia galàxia.
El mateix Naidu proposa una mena d'“arqueologia còsmica”: en estudiar estrelles molt antigues a la via Làctia i comparar-les amb galàxies remotes com MoM-z14, els astrònoms poden reconstruir millor com era la química de l'univers primitiu. El que crida l'atenció és que, malgrat l'enorme distància i al temps transcorregut, apareixen patrons similars d'enriquiment en nitrogen.
Aquesta abundància de nitrogen planteja un seriós dilema. Si MoM-z14 s'observa sol 280 milions d'anys després del Big Bang, l'interval disponible sembla massa curt perquè diverses generacions d'estrelles hagin pogut viure i morir, enriquint el gas de la galàxia fins als nivells detectats. La cronologia simplement no quadra amb els mecanismes estàndard devolució estel·lar.
Per intentar resoldre aquest trencaclosques, els investigadors estudien la hipòtesi de l'existència de estrelles supermassives a l'univers d'hora. Aquests astres, molt més grans que la majoria de les estrelles actuals, podrien produir i expulsar nitrogen en quantitats molt superiors, accelerant el procés d'enriquiment químic en poc temps còsmic.
Reionització i el paper de les primeres galàxies brillants
L'estudi de MoM-z14 no es limita a la seva química o brillantor, sinó que ofereix pistes valuoses sobre una de les grans fases de la història del cosmos: la era de la reionització. Aquest període marca el moment en què la llum de les primeres estrelles i galàxies va ser capaç d'ionitzar l'hidrogen neutre que omplia l'univers, aclarint la boira primordial i permetent que la radiació viatgés lliurement.
Que una galàxia tan brillant i ja força evolucionada existeixi tan aviat reforça la idea que les primeres fonts de llum intensa van aparèixer abans i en major nombre del previst. MoM-z14 es converteix així en una peça clau per traçar la cronologia d'aquest procés, molt rellevant per comprendre com va passar l'univers de ser un lloc fosc i opac a un de transparent i ple d'estructures.
Per a Europa i, en particular, per a la comunitat científica espanyola, aquest tipus de resultats té un impacte especial, ja que James Webb és una missió internacional amb participació de l'ESA (Agència Espacial Europea). Equips de recerca en centres com el Centre d'Astrobiologia (CSIC-INTA), universitats i observatoris europeus es recolzen en aquestes dades per desenvolupar models més precisos de l'univers primerenc.
El cas de MoM-z14 també enllaça amb altres descobriments del Webb relacionats amb galàxies molt llunyanes i forats negres supermassius formats de manera sorprenentment ràpida. Entre les notícies recents destaquen la detecció d'una galàxia amb estructura similar a la Via Làctia en èpoques molt primerenques i la identificació del forat negre supermassiu més antic conegut, cosa que reforça la idea que la formació d'estructures complexes va ser més accelerada del que es calculava.
Abans de l'arribada del Webb, el rècord de distància l'ostentava la galàxia GN-z11, descoberta amb el telescopi espacial Hubble de NASA/ESA i situada al voltant de 400 milions d'anys després del Big Bang. El James Webb no només ha confirmat aquest mesurament, sinó que ha seguit anant més lluny, desenterrant una població de galàxies molt lluminoses els primers centenars de milions d'anys que obliga a revisar bona part de la teoria.
Un repte directe als models cosmològics actuals
Els resultats de MoM-z14 s'han difós inicialment al repositori arXiv i han estat acceptats per a la seva publicació a Open Journal of Astrophysics, la qual cosa implica que han superat un procés de revisió per parells. Això consolida la fiabilitat dels mesuraments i reforça la idea que el James Webb està superant amb escreix els objectius per als que va ser dissenyat.
En aquest context, la veu dels experts europeus també ha estat clau. L'astrofísic Pascal Oesch, de la Universitat de Ginebra i coinvestigador del projecte, subratlla que encara que es poden estimar distàncies a partir de les imatges, la confirmació espectroscòpica resulta imprescindible per estar segurs de què es veu i en quin moment concret de la història de l'univers se situa.
Des de la perspectiva de la cosmologia, el conjunt de galàxies tipus MoM-z14 suggereix que els models de formació d'estructures podrien estar incomplets o necessitar ajustaments importants. Entre altres aspectes, cal revisar com es formen tan ràpid les primeres estrelles massives, quin paper juga la matèria fosca en aquests processos inicials i com es reparteix l'energia al gas que dóna lloc a noves generacions estel·lars.
Investigadors com Yijia Li, estudiant de postgrau a la Universitat Estatal de Pennsilvània i integrant de l'equip, destaquen que el Webb està revelant un univers primitiu molt més actiu i complex del que s'imaginava fa tot just uns anys. Cada nova observació a corriments al vermell extrems afegeix peces a un trencaclosques que, per ara, sembla més embolicat que resolt.
Per al públic europeu, acostumat a veure l'espai com una cosa llunyana, aquests avenços també tenen una dimensió tecnològica i estratègica: gran part dels instruments del Webb, així com la seva explotació científica, es recolzen en la col·laboració entre la ESA i la NASA, cosa que situa els centres de recerca d'Europa, inclosa Espanya, a primera línia a l'estudi de l'univers primerenc.
En conjunt, la confirmació de MoM-z14 com la galàxia més antiga i distant observada fins ara, la seva brillantor desmesurada, la seva curiosa riquesa en nitrogen i el seu paper a l'era de la reionització converteixen aquesta troballa en una referència obligada per a la cosmologia moderna. La informació recollida pel James Webb no només bat rècords, també obliga a replantejar-se com ia quin ritme van sorgir les primeres galàxies, els primers estels i, en definitiva, les grans estructures que avui configuren l'univers que coneixem.