JWST podría estar viendo las primeras estrellas del universo: la misteriosa galaxia LAP1-B

Durante décadas, los astrónomos han buscado la primera generación de estrellas: la llamada Población III, nacida poco después del Big Bang a partir de hidrógeno y helio casi puros. Estas estrellas eran tan masivas y de vida tan corta que desaparecieron hace mucho tiempo, así que no podemos “atraparlas en el acto”, solo reconocer sus huellas en la luz de galaxias muy jóvenes.

Ahora, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) podría haber dado ese paso histórico. En la galaxia ultradébil LAP1-B, situada a unos 13 mil millones de años luz, un equipo de astrónomos ha encontrado señales que coinciden con las condiciones esperadas para estrellas de Población III. Aún no es una confirmación definitiva, pero es el candidato más sólido hasta la fecha.

Hay además un giro interesante: LAP1-B es tan tenue que, sin un poco de ayuda de la naturaleza, probablemente la habríamos pasado por alto. Su luz está amplificada por una lente gravitacional: el masivo cúmulo de galaxias MACS J0416 entre nosotros y LAP1-B, que deforma el espacio y actúa como un telescopio natural.

Cúmulo de galaxias MACS J0416.1–2403 (izquierda) y campo paralelo (derecha) del programa Hubble Frontier Fields. Los círculos marcan algunas de las galaxias más lejanas cuya luz ha sido amplificada por lente gravitacional. Crédito: NASA, ESA, Z. Levay (STScI/AURA); agradecimiento: L. Infante (Pontificia Universidad Católica de Chile).

Qué son las estrellas de Población III y por qué importan

En la historia cosmológica, las estrellas aparecen en “generaciones”:

• Población III – las primeras estrellas del universo, formadas casi exclusivamente por hidrógeno y helio (más trazas de litio) producidos en el Big Bang. En teoría eran:

  • mucho más masivas que la mayoría de las estrellas actuales (decenas o incluso cientos de masas solares),
  • extremadamente brillantes en ultravioleta,
  • muy efímeras: vivían apenas unos millones de años y terminaban como supernovas gigantes.

• Población II – la siguiente generación, ya enriquecida con elementos “pesados” (oxígeno, carbono, hierro, etc.) creados en las explosiones de la Población III.

• Población I – las estrellas más jóvenes y ricas en metales, como nuestro Sol, que se forman más tarde en gas reciclado y enriquecido varias veces.

Como las estrellas de Población III ya no existen, los astrónomos buscan galaxias jóvenes cuya luz muestre la huella de entornos dominados por ellas: casi sin elementos pesados y con radiación ultravioleta muy “dura” (energética) que ioniza el gas de una manera característica.

Gracias a su enorme espejo y a su sensibilidad en el infrarrojo, JWST fue diseñado precisamente para explorar esas épocas cósmicas tempranas: la llamada época de reionización, hasta unos mil millones de años tras el Big Bang, cuando las primeras estrellas y galaxias “encendieron las luces” en un universo oscuro.

LAP1-B: una galaxia ultradébil y químicamente “primitiva”

La galaxia LAP1-B apareció en los datos de JWST como un sistema extremadamente tenue pero químicamente muy puro. Las mediciones espectroscópicas la sitúan en un corrimiento al rojo de z ≈ 6,63, lo que significa que la vemos tal como era hace unos 800 millones de años después del Big Bang.

Varios rasgos hacen que LAP1-B parezca una tarjeta de bingo de Población III:

• Abundancia récord de oxígeno extremadamente baja – solo alrededor del 0,4 % del contenido solar de oxígeno, lo que la convierte en la galaxia formadora de estrellas más primitiva conocida en cualquier época.
• Radiación ionizante extremadamente dura – la firma espectral indica que el gas está iluminado por una fuente muy energética de fotones UV, justo lo que se espera de estrellas muy masivas y casi sin metales, difícil de explicar con poblaciones estelares “normales” más ricas en metales o con un agujero negro activo.
• Relación carbono/oxígeno inusual – un valor C/O alto a una metalicidad tan baja coincide con los patrones de nucleosíntesis de estrellas que se formaron sin elementos pesados iniciales, otra huella teórica de la Población III.
• Masa estelar total muy baja – JWST no detecta un continuo estelar, lo que limita la masa total de estrellas a menos de ~2700 masas solares, mientras que la dinámica del gas apunta a un halo de materia oscura mucho más masivo, de unas 5×10⁷ M☉. Es decir, vemos un pequeño cúmulo estelar en un pozo gravitacional profundo.

Con estos datos, un equipo (Nakajima et al.) describe LAP1-B como la galaxia formadora de estrellas más primitiva observada hasta ahora, mientras que otro equipo (Visbal, Hazlett y Bryan) va más lejos y sostiene que se trata del primer objeto que cumple simultáneamente tres criterios teóricos clave de Población III:

1. formación en un halo de metalicidad extremadamente baja y baja temperatura virial,
2. distribución de masas top-heavy (dominada por estrellas muy masivas),
3. cúmulo pequeño con solo unos pocos miles de masas solares en esas estrellas masivas.

En resumen, LAP1-B se parece mucho a la imagen teórica hecha realidad de dónde deberían formarse las primeras estrellas.

Cómo JWST y las lentes gravitacionales construyen un “telescopio cósmico”

Aun así, LAP1-B sería completamente invisible para nosotros sin una alineación cósmica afortunada. Entre la galaxia y nosotros se encuentra el masivo cúmulo MACS J0416, a unos 4,3 mil millones de años luz. Su enorme masa curva el espacio-tiempo y actúa como una lente gravitacional, amplificando y distorsionando la luz de objetos todavía más lejanos que se encuentran detrás.

En el caso de LAP1-B, los modelos sugieren que su luz está reforzada por un factor de aproximadamente 100. Sin esa amplificación, incluso JWST tendría problemas para detectar un objeto tan tenue a esa distancia.

Esta combinación – un telescopio infrarrojo extremadamente sensible y una lente gravitacional – nos da acceso por primera vez a:

• galaxias ultradébiles y casi intactas desde el punto de vista químico,
• pequeños cúmulos estelares que parecen “fábricas protoestelares” del universo temprano.

Por eso muchos investigadores describen LAP1-B como “la punta del iceberg”: si podemos ver un sistema así en este campo, es muy probable que JWST, combinado con otros cúmulos con lente gravitacional, oculte muchos candidatos similares.

¿Qué tan cerca estamos realmente de encontrar las primeras estrellas?

Los titulares populares caen fácilmente en la trampa de afirmar que “JWST ha encontrado definitivamente las primeras estrellas”. Los científicos son mucho más cautos. Aunque LAP1-B encaja muy bien en la teoría, siguen existiendo importantes reservas:

• No vemos estrellas individuales, solo el efecto combinado de su luz y del gas ionizado, lo que deja espacio a interpretaciones alternativas, por ejemplo gas extremadamente pobre en metales iluminado por otro tipo de población estelar.
• Es muy difícil probar que los metales están realmente ausentes, porque podrían estar presentes por debajo del límite de detección de los instrumentos. Como señalan los propios autores: la ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia.
• Candidatos anteriores a Población III han resultado, tras análisis más detallados, ser sistemas de Población II extremadamente pobres en metales, es decir, con suficientes elementos pesados como para no encajar en un escenario de metalicidad cero.

Por eso los artículos científicos usan formulaciones cuidadosas como
“primer sistema consistente con las predicciones teóricas de Población III”, y no “detección definitiva de las primeras estrellas”.

¿Qué haría falta para pasar de “candidato” a “confirmado”?

• espectros aún más profundos de JWST que empujen los límites sobre la abundancia de metales,
• líneas espectrales adicionales (por ejemplo, la ausencia de ciertas firmas de oxígeno) como confirmación independiente,
• y, idealmente, el hallazgo de otro sistema similar con las mismas propiedades en un campo diferente.

Si las próximas campañas de observación confirman que LAP1-B está realmente dominada por estrellas formadas a partir de una mezcla casi completamente prístina de hidrógeno y helio, sería la primera observación directa de Población III en acción, un auténtico cambio de juego para la cosmología.

Conclusión

El descubrimiento de LAP1-B muestra que la búsqueda de las primeras estrellas del universo ha entrado en una nueva fase. Gracias al Telescopio Espacial James Webb y a lentes gravitacionales naturales como el cúmulo MACS J0416, por fin podemos estudiar los sistemas estelares más primitivos que la teoría llevaba décadas prediciendo.

Todavía no tenemos una confirmación al 100 % de que LAP1-B esté impulsada por estrellas de Población III, pero:

• su pureza química,
• su radiación ionizante extremadamente dura
• y su cúmulo estelar compacto dentro de un halo de materia oscura

la convierten, con diferencia, en el mejor candidato hasta ahora.

Sea cual sea el veredicto final, esta galaxia ya se ha convertido en un nuevo laboratorio cósmico: un lugar donde probamos cómo se formaron las primeras estrellas, cómo encendieron la época de reionización y cómo el universo pasó de su primera luz a un cosmos químicamente rico capaz de crear planetas, biosferas y, finalmente, a nosotros.

Disclaimer: Este artículo tiene un carácter meramente informativo. No representa una declaración oficial de ninguna agencia espacial ni garantiza la precisión absoluta de los modelos e interpretaciones cosmológicas a largo plazo.