El James Webb detectó una luz sin origen conocido en una región del espacio sin galaxias ni estrellas visibles

El espacio que parece vacío casi nunca lo está. Detrás de una región minúscula de la constelación austral de Fornax, el telescopio espacial James Webb encontró una señal de luz que no encaja con los registros previos del mismo instrumento ni con los del telescopio espacial Hubble.

La detección apareció dos veces, con 88 días de diferencia, en observaciones tomadas desde ángulos distintos. Sin embargo, no existe una galaxia, estrella o fuente identificable en ese punto del cielo.

El resultado proviene de un sector del Campo Ultraprofundo de Hubble (HUDF, por sus siglas en inglés), una de las zonas más estudiadas por la astronomía moderna. Hubble apuntó allí durante más de 270 horas y registró cerca de 10.000 galaxias de distintas épocas cósmicas. Su sucesor, con sensibilidad para observar el infrarrojo, volvió sobre ese mapa con el objetivo de hallar objetos demasiado débiles o lejanos para los instrumentos anteriores.

La nueva señal no apareció como una imagen convencional. Los investigadores la identificaron como una línea de emisión, una marca luminosa concentrada alrededor de una longitud de onda de 1,6 micrómetros. Ese tipo de huella puede revelar la composición de un objeto, su temperatura, su movimiento y la distancia a la que se encuentra. En este caso, la información disponible no alcanza para determinar cuál de esos procesos produjo el destello.

El hallazgo figura en un trabajo encabezado por el astrofísico Mason Huberty, de la Universidad de Minnesota, publicado en The Astrophysical Journal. El equipo probó una estrategia de observación distinta para convertir al espectrógrafo de infrarrojo cercano del Webb, conocido como NIRSpec, en una herramienta de búsqueda para fuentes que aún no figuraban en catálogos astronómicos.

La incógnita no reside solo en el brillo de la línea. El problema central surge de su soledad. Las galaxias y otros cuerpos celestes suelen dejar varias marcas espectrales, asociadas con diferentes elementos químicos o procesos físicos. Aquí apareció una sola línea intensa, sin una contrapartida visible en otras longitudes de onda ni una fuente detectable en las imágenes profundas ya disponibles.

La técnica innovadora para buscar objetos desconocidos

La espectroscopia permite descomponer la luz y leerla como un registro físico. Cuando un telescopio recibe la radiación de un objeto, puede separar sus longitudes de onda con precisión. Así distingue líneas oscuras, que indican energía absorbida, y líneas brillantes, que señalan energía emitida por átomos, moléculas o gases excitados.

En una observación habitual, los astrónomos seleccionan primero objetivos conocidos. Luego ajustan pequeñas compuertas del instrumento para dejar entrar únicamente la luz de esas fuentes. Ese método ofrece espectros limpios, aunque parte de una limitación elemental: deja fuera cualquier objeto cuya posición todavía se desconoce.

El grupo de Huberty invirtió ese procedimiento con la Coronografía Multiobjeto para Espectroscopia sin Rendija, o MOCSS. El método abrió casi todos los microobturadores de NIRSpec y cerró los que coincidían con fuentes cercanas o brillantes ya catalogadas. De ese modo, redujo la contaminación de luz y dejó expuesto un campo amplio para la búsqueda de señales sin identificación previa.

Los investigadores resumieron el funcionamiento de la técnica en su informe: “La técnica MOCSS consiste en abrir casi todos los obturadores del conjunto de microobturadores del NIRSpec, mientras se cierran simultáneamente los obturadores que se encuentran sobre objetos conocidos de bajo corrimiento al rojo, lo que facilita una búsqueda espectroscópica sin rendija de amplio campo sin contaminación por objetos brillantes”.

El experimento contó con dos periodos de observación, en agosto y noviembre de 2023. Cada sesión incluyó cuatro posiciones de desplazamiento y una orientación distinta del telescopio. Esa repetición resultó decisiva para descartar un defecto del detector, un reflejo interno o una alteración causada por el procesamiento de los datos.

La búsqueda identificó siete señales que superaron los criterios del equipo. Seis pudieron vincularse con galaxias lejanas presentes en el HUDF. La séptima quedó aislada de todo catálogo. La emisión apareció en los cuatro conjuntos de exposiciones y mantuvo sus características en ambas configuraciones de observación. Esa persistencia convirtió un posible error instrumental en un fenómeno astronómico bajo investigación.

La ausencia de imágenes también es relevante. El destello fue lo bastante intenso como para que el Webb lo registrara durante las observaciones espectroscópicas, pero no dejó rastro en campañas anteriores. En particular, los datos del programa JADES, tomado en octubre de 2022, no muestran una fuente en la misma posición. Si la emisión hubiera mantenido entonces el mismo brillo, habría resultado visible.

Cuatro hipótesis buscan explicar la misteriosa huella

Para identificar una línea de emisión, los astrónomos necesitan conocer su desplazamiento al rojo. La expansión del universo estira la luz que viaja por el cosmos y la desplaza hacia longitudes de onda mayores. Por eso, una señal medida en el infrarrojo puede corresponder a una radiación muy energética emitida hace miles de millones de años o a una emisión menos energética procedente de un objeto mucho más cercano.

Con una sola línea, ambas posibilidades permanecen abiertas. Una primera hipótesis apunta a una galaxia situada en el universo temprano. Esta explicación situaría la fuente a una distancia extrema, en una época donde el hidrógeno neutro llenaba gran parte del espacio intergaláctico. Ese mismo gas, sin embargo, dificulta el paso de ciertas emisiones, lo que complica la interpretación.

Además, una galaxia tan remota debería conciliarse con la falta de señal en JADES. El problema no descarta por completo esa opción, pero obliga a suponer un cambio notable de brillo entre campañas. La fuente podría tener un comportamiento variable, aunque los datos actuales no permiten establecer su evolución temporal.

Otra posibilidad sitúa al objeto en una época cósmica más reciente. Una galaxia menos distante puede producir una línea en la longitud de onda detectada, pero el escenario enfrenta una objeción similar. Sus gases y estrellas deberían dejar otras líneas de emisión dentro del intervalo analizado. El NIRSpec no encontró esas huellas complementarias.

La tercera explicación considera una supernova. La explosión de una estrella puede aumentar su luminosidad durante un periodo limitado y desaparecer de los registros obtenidos antes o después del evento. Esta hipótesis encaja con el carácter transitorio de la señal, pero tampoco resuelve el patrón espectral. Las supernovas suelen mostrar más de una línea, según su composición y su fase de evolución.

La cuarta alternativa remite a un agujero negro que destruye una estrella bajo el efecto de su gravedad. En esos sucesos, conocidos como eventos de disrupción por marea, una parte del material estelar cae hacia el agujero negro y libera energía. Un fenómeno de ese tipo puede generar una línea intensa sin una fuente continua fácil de ver, aunque el estudio no aporta elementos suficientes para confirmarlo.

Los autores también evaluaron la opción de un núcleo galáctico activo, una región central alimentada por materia que cae hacia un agujero negro supermasivo. Tales núcleos emiten radiación intensa y pueden variar de brillo, pero el espectro observado tampoco coincide de forma directa con las firmas habituales de esa clase de objetos.

La fortaleza del resultado reside en la calidad de la detección, no en una identificación definitiva. El equipo descartó que la señal fuera artificial porque surgió en todas las configuraciones previstas. La naturaleza física de la fuente continúa abierta y dependerá de mediciones más profundas, con mayor sensibilidad y cobertura de longitudes de onda.

“Este objeto es sumamente inusual y pone a prueba condiciones físicas extremas”, escribieron los investigadores. El próximo paso consistirá en obtener nuevos espectros que permitan hallar líneas más débiles, calcular el desplazamiento al rojo y precisar si el destello pertenece a una galaxia distante, una explosión estelar o un episodio ligado a un agujero negro.

El informe concluyó: “Las observaciones de seguimiento son esenciales para confirmar el desplazamiento al rojo y determinar el origen físico de la emisión... Una espectroscopia más profunda y sensible podría revelar líneas de emisión adicionales y establecer definitivamente el desplazamiento al rojo y la naturaleza de la fuente.”