El James Webb descubre que las primeras galaxias ya dispersaban oxígeno y carbono
Cuando el universo apenas tenía 500 millones de años de existencia, sus primeras estrellas ya habían fabricado algunos de los elementos que hoy hacen posible la vida. El telescopio espacial James Webb ha encontrado sus huellas en el gas que se movía alrededor de galaxias recién nacidas.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística de las primeras galaxias observadas por el James Webb. La imagen ilustra cómo el gas enriquecido con oxígeno, carbono y otros elementos pudo desplazarse hacia sus alrededores mediante vientos galácticos. El estudio detecta señales compatibles con ese movimiento, aunque no determina si el gas llegó al espacio intergaláctico. Crédito: IA-Gemini / RexMolón Producciones
Hubo un tiempo en que el universo apenas disponía de ingredientes para que prosperara. Tras el big bang, casi toda su materia ordinaria era hidrógeno y helio. El carbono de los seres vivos, el oxígeno de la atmósfera o el silicio de las rocas tuvieron que esperar a que nacieran las estrellas. Por eso, encontrar esos elementos en el entorno de una galaxia muy joven equivale a descubrir que, en un plazo de tiempo sorprendentemente breve, las estrellas ya habían trabajado y parte de su producción empezaba a circular por el cosmos.
Eso es lo que ha contemplado un equipo encabezado por Yongda Zhu, astrofísico de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, con el telescopio espacial James Webb (JWST). En los espectros de tres galaxias que prosperaron durante los primeros cientos de millones de años tras la gran explosión aparecen huellas de oxígeno, carbono y silicio.
La señal más antigua se muestra tal como era cuando el cosmos tenía alrededor de 500 millones de años de existencia. Las otras dos pertenecen a momentos posteriores de la misma etapa temprana del cosmos. El estudio, publicado en Nature Astronomy, aporta una prueba directa de que el gas enriquecido químicamente y en movimiento ya estaba asociado a algunas galaxias antes de que concluyera la llamada reionización cósmica. Esta corresponde a la etapa en que la luz de las primeras estrellas y galaxias arrancó electrones al hidrógeno que llenaba el espacio. Así, el universo pasó de contener gas mayoritariamente neutro a tenerlo mayoritariamente ionizado.
Metales pesados en el gas de las primeas galaxias
🗣️«Observamos que los elementos pesados escapaban de las galaxias muy, muy pronto en la historia cósmica —explica Zhu en una nota de prensa de la Universidad de Arizona. Y añade—: No solo los estaban produciendo: también los dispersaban y, posiblemente, sembraban otras galaxias».
La última posibilidad resulta muy sugerente, pero conviene distinguirla de lo observado: el trabajo detecta elementos en el gas asociado a las tres galaxias y señales compatibles con su desplazamiento hacia el exterior; no sigue su viaje hasta otra galaxia.
Hay que insistir en que los astrónomos llaman metales a todos los elementos más pesados que el helio, aunque algunos, como el carbono y el oxígeno, no sean metales en el lenguaje cotidiano. Dichos metales se fraguan mediante procesos que ocurren en las estrellas, y pueden incorporarse al gas cuando estas expulsan materia o llegan al final de su vida.
Ese material participa después en la formación de nuevas estrellas y, mucho más tarde, de planetas. La pregunta en este caso no era si las primeras galaxias podían fabricar elementos pesados —otras observaciones ya habían hallado indicios de ellos en su interior—, sino cuándo empezaron a aparecer también en el gas relacionado con ellas.
Qué descubrió exactamente el telescopio James Webb
Para averiguarlo, el equipo utilizó la luz de las propias galaxias como una linterna cósmica. En su trayecto hacia el James Webb, esa luz atraviesa gas cuyos átomos e iones absorben longitudes de onda concretas. El resultado son pequeñas faltas de luz en el espectro, una especie de código de barras que permite identificar los elementos presentes.
🗣️«Usamos las galaxias como fuentes de luz de fondo —resume Zhu—. Al atravesar el gas circundante, su luz nos permitió detectar elementos por sus patrones de absorción».
Detectar esas huellas exigía captar una luz extraordinariamente débil. Para ello, el espectrógrafo de infrarrojo cercano NIRSpec, a bordo del James Webb, observó las galaxias como parte del programa SPURS. En una de sus configuraciones acumuló unas 29 horas de exposición efectiva. Los investigadores pudieron estudiar tres galaxias cuya luz ultravioleta, desplazada al infrarrojo durante su viaje hacia nosotros, era lo bastante intensa para distinguir las señales de absorción.
Ninguna de ellas fue seleccionada porque ya se supiera de antemano que contenía elementos pesados: el criterio que siguieron los astrónomos fue que su luz ofreciera una oportunidad real de reconocer las débiles líneas de absorción.
Las galaxias en interacción Arp 107, observadas por el telescopio James Webb. La imagen muestra estrellas y gas entre ambas galaxias, así como regiones de formación estelar resaltadas en tonos anaranjados y rojos. Ilustra cómo la materia puede circular entre galaxias, aunque este sistema es mucho más reciente que las galaxias primitivas analizadas en el reportaje.Cortesía: NASA, ESA, CSA y STScI.
Movimientos hacia el azul
En la galaxia más antigua aparecen señales de oxígeno neutro, carbono y silicio en distintos estados de ionización. Las otras dos muestran también absorción de oxígeno, carbono y silicio. Pero identificar los elementos era solo la mitad del hallazgo.
Así es, el equipo comparó la posición de esas líneas con la velocidad de cada galaxia, medida mediante la luz emitida por su gas. Las líneas de absorción estaban desplazadas hacia el azul: el material que las produjo se movía hacia nosotros respecto a la galaxia.
Las diferencias corresponden aproximadamente a velocidades de entre 50 y 250 kilómetros por segundo.
Una pista sobre la dirección del gas
La explicación más natural es que parte del material estaba saliendo hacia el entorno galáctico. Las estrellas masivas pueden transferir energía al medio que las rodea, y sus explosiones al final de la vida pueden contribuir a removerlo. Las estrellas masivas y las explosiones que marcan el final de algunas de ellas pueden aportar energía suficiente para remover el gas. Lo llamativo aquí es la fecha: el universo llevaba solo unos cientos de millones de años de actividad estelar cuando ya aparecen indicios de una circulación semejante.
Además, las distintas huellas químicas muestran velocidades que se solapan. Algunas corresponden a gas neutro; otras, a gas poco o muy ionizado, es decir, cuyos átomos han perdido diferente número de electrones. En conjunto, su presencia dibuja un entorno más complejo que una nube uniforme e inmóvil.
En las dos galaxias más moderas, varias relaciones entre las líneas de absorción se parecen, en términos generales, a las observadas en galaxias de épocas mucho más recientes. Eso no significa que ambas tuvieran la misma composición que las galaxias actuales: esas relaciones describen sobre todo cómo se manifiestan las distintas fases del gas, y las tres galaxias estudiadas también presentan diferencias entre sí.
La historia del universo en una imagen. El esquema sitúa la época de reionización, durante la cual existieron las tres galaxias estudiadas con el James Webb. En su entorno ya se detectan señales de oxígeno, carbono y silicio. Cortesía: Carnegie Institution for Science / MPIA
Un ciclo de materia que empezó en la infancia del universo
Los autores sitúan el resultado de la investigación dentro del llamado ciclo de los bariones. El nombre engloba los intercambios de materia ordinaria entre las estrellas, el gas de una galaxia y su entorno. Una galaxia recibe combustible, forma estrellas, devuelve parte de la materia transformada al gas y puede transportar una fracción hacia regiones más alejadas.
El nuevo estudio indica que varios ingredientes de ese ciclo —elementos pesados, gas en diferentes estados y movimiento respecto a la galaxia— ya estaban presentes muy pronto en la vida del cosmos.
El descubrimiento se sitúa en la citada época de reionización, cuando la luz de las primeras estrellas y galaxias fue transformando el hidrógeno que llenaba el espacio entre ellas. Los modelos sugerían que gran parte del gas que rodeaba a aquellas galaxias aún estaría compuesto casi exclusivamente de hidrógeno y helio. Las nuevas observaciones muestran que, al menos en el entorno de algunas galaxias luminosas, ya había oxígeno, carbono y silicio antes de que concluyera la reionización. Esto no significa que esos elementos se hubieran extendido por todo el espacio entre galaxias.
¿Qué queda por averiguar?
Hay otros límites importantes. El James Webb no resuelve la extensión física del gas que causa la absorción, de modo que no permite ubicar cada componente con exactitud. El desplazamiento hacia el azul favorece la interpretación de material que fluye hacia fuera, aunque también podrían contribuir movimientos turbulentos o estructuras de gas próximas a la galaxia.
Tampoco se puede calcular a partir de estas líneas cuánta materia salió ni confirmar que escapó definitivamente de la atracción gravitatoria de su galaxia. Y tres objetos, todos lo bastante brillantes para este tipo de análisis, no representan por sí solos a todas las galaxias de la época.
Los autores del estudio plantean otra consecuencia posible: si el gas dejó de ser químicamente puro con tanta rapidez, quizá se redujeron pronto las oportunidades de encontrar estrellas de población III, la primera generación estelar, que habría nacido solo de hidrógeno y helio, libre de metales.
Zhu lo compara con añadir virutas de colores a un helado de vainilla: al cabo de un tiempo, cuesta encontrar una porción intacta. Es una imagen eficaz para explicar la mezcla, aunque este trabajo no observa esas primeras estrellas ni establece cuándo desaparecieron las condiciones para formarlas.
Las tres galaxias dejan así una fotografía parcial, pero reveladora, de la infancia cósmica. Para cuando su luz inició el viaje que acaba de llegar al Webb, las estrellas no solo habían empezado a fabricar nuevos elementos. En algunos lugares, el gas que los contenía ya se movía alrededor de las galaxias. El universo había comenzado a repartir sus ingredientes.▪️(24-septiembre-2026)
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Oxígeno y carbono en el universo primitivo: el James Webb detectó estos elementos, junto con silicio, en gas asociado a tres galaxias muy antiguas.
- Una galaxia de hace unos 500 millones de años: la más antigua se observa tal como era cuando había transcurrido apenas ese tiempo desde el Big Bang. Las otras dos son posteriores.
- Gas en movimiento: las señales químicas indican velocidades de entre 50 y 250 kilómetros por segundo respecto a las galaxias, compatibles con material que se desplaza hacia su entorno.
- Las galaxias ya transformaban su entorno: sus estrellas habían fabricado elementos pesados y el gas que los contenía ya estaba en circulación antes de que terminara la reionización cósmica.
- Un hallazgo con límites: el estudio no permite saber cuánto gas salió, hasta dónde llegó ni si alcanzó otras galaxias. Tampoco demuestra que todas las galaxias primitivas se comportaran igual.
Información facilitada por la Universidad de Arizona
Fuente: Zhu, Y., Ji, Z., Becker, G. D. et al. Early metal-enriched baryon cycling before the midpoint of cosmic reionization. Nature Astronomy (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-026-02988-2
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