El telescopio espacial James Webb (JWST) se ha consolidado en muy poco tiempo como el gran protagonista de la astronomía moderna. Desde su despegue desde Kurú, en la Guayana Francesa, no ha dejado de ofrecer datos que ponen contra las cuerdas muchos de los modelos con los que se explicaba el universo hasta ahora.
Aunque es un proyecto internacional en el que participan la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA), en Europa y en España se sigue con especial atención cada resultado: muchos de los equipos científicos implicados, así como centros de procesamiento de datos, se encuentran en territorio europeo y están aprovechando al máximo esta nueva ventana al cosmos.
Del lanzamiento en Kurú a la era Webb: un telescopio pensado para ir más allá del Hubble
El James Webb inició su andadura científica tras un lanzamiento exitoso desde la base europea de Kurú, en la Guayana Francesa, en pleno territorio espacial de la ESA. El despegue estaba previsto inicialmente para el 24 de diciembre, pero las condiciones meteorológicas adversas obligaron a retrasarlo hasta el día de Navidad, un pequeño cambio de agenda para un observatorio llamado a cambiar la historia de la astrofísica.
Su diseño está optimizado para trabajar en el infrarrojo cercano y medio, una región del espectro que permite ver a través del polvo cósmico, estudiar atmósferas de exoplanetas y observar estructuras muy frías o muy lejanas. Instrumentos como NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y MIRI (instrumento de infrarrojo medio) se han convertido en las piezas clave para algunas de las observaciones más sorprendentes.
En este contexto, el papel de Europa no es menor: la ESA no solo ha contribuido con instrumentación y el propio acceso al espacio, sino que centros europeos de investigación y universidades participan en el análisis de datos, el desarrollo de modelos teóricos y la interpretación de los hallazgos, con una presencia notable de equipos españoles en campos como la astrofísica estelar y la caracterización de exoplanetas.
Desde su puesta en marcha científica, el telescopio ha ido encadenando descubrimientos que afectan directamente a tres grandes frentes: la vida y muerte de las estrellas, la química compleja del medio interestelar y la diversidad inesperada de planetas gigantes alrededor de otras estrellas.
Buckyballs en el espacio: cómo el Webb ha desnudado la nebulosa Tc1
Uno de los resultados más llamativos del James Webb tiene que ver con unos viejos conocidos de la química: los fullerenos. Estas moléculas esféricas de carbono, conocidas popularmente como buckyballs, se sintetizaron por primera vez en laboratorio en 1985, pero en 2010 se descubrió que también se formaban de manera natural en el espacio, en torno a la nebulosa Tc1.
La nebulosa Tc1, producto de la fase final de una estrella similar al Sol, se había estudiado con otros telescopios; sin embargo, la sensibilidad y resolución del James Webb han permitido ir mucho más lejos. Sus instrumentos han revelado finísimos rayos, filamentos delicados y capas brillantes de gas en el borde de la nebulosa, detalles que antes simplemente quedaban difuminados.
En el centro de Tc1, las observaciones han puesto de manifiesto una estructura con forma de signo de interrogación invertido, cuya naturaleza todavía desconcierta a los investigadores. No está claro si se trata de material expulsado de forma asimétrica, de la interacción con el entorno interestelar o de un fenómeno más complejo, y por ahora se ha convertido en uno de esos enigmas que el Webb ha dejado sobre la mesa.
La clave, no obstante, está en la organización del carbono. Aquellas buckyballs detectadas en 2010 no aparecen dispersas sin más, sino que el James Webb ha mostrado que forman una esfera hueca mucho mayor alrededor de la enana blanca central, como si se tratara de una burbuja molecular gigantesca creada durante los últimos estertores de la estrella.
Las estrellas, al agotar el combustible de fusión nuclear, expulsan sus capas externas en forma de gas y polvo, dando lugar a este tipo de nebulosas. En Tc1, el telescopio ha permitido rastrear con gran precisión la composición del material expulsado y la presencia de carbono complejo, incluida la distribución detallada de los fullerenos, lo que ofrece una visión privilegiada de cómo se reciclan los elementos en el medio interestelar.
Ciencia ciudadana y educación: una imagen procesada fuera del circuito habitual
Un aspecto poco habitual de este trabajo con la nebulosa Tc1 es que la imagen publicada no ha sido procesada por el equipo científico principal, sino por una profesora de secundaria canadiense, Katelyn Beecroft, gran aficionada a la astronomía y a la astrofotografía.
El investigador Jan Cami, responsable del estudio, conocía la experiencia de Beecroft llevando a su alumnado de excursión al observatorio de la Universidad de Western Ontario y sabía que dominaba las técnicas de procesado de imágenes astronómicas. Por eso, decidió contar con ella para sacar el máximo partido a los datos en bruto del Webb y realzar incluso las estructuras más sutiles.
El resultado es una imagen de Tc1 con un nivel de detalle que combina la potencia de un telescopio espacial con la sensibilidad estética y técnica de alguien acostumbrado a trabajar con fotografías del cielo nocturno. Esa colaboración ilustra hasta qué punto la astronomía moderna, incluso en proyectos punteros, puede abrirse a perfiles que vienen de la educación y la divulgación.
Para la comunidad científica europea, acostumbrada a impulsar proyectos de ciencia ciudadana y participación pública, este ejemplo es especialmente significativo: muestra que los datos del James Webb no solo alimentan artículos en revistas especializadas, sino que también se convierten en herramientas educativas para inspirar futuras vocaciones científicas.
Más allá de la estética, la imagen procesada sirve para guiar nuevos estudios sobre la química del carbono en entornos extremos, ayudar a explicar señales espectrales difíciles de interpretar y poner a prueba modelos sobre cómo la materia orgánica se transforma en las fases finales de evolución estelar, un tema directamente conectado con las hipótesis sobre el origen de la vida.
Un «planeta prohibido» y otros gigantes que rompen los esquemas
Si en las nebulosas el James Webb está dibujando la posvida de las estrellas, en el terreno de los exoplanetas está desmontando, una tras otra, varias ideas cómodas que se tenían sobre la formación de mundos gigantes. Un buen ejemplo es TOI-5205b, un exoplaneta al que algunos científicos han llegado a llamar «planeta prohibido».
Este mundo orbita una estrella enana M pequeña y fría, y sin embargo presenta un tamaño y una masa que, según los modelos tradicionales, no encajan bien con el material disponible en el disco que habría rodeado a la estrella en su juventud. Durante el tránsito —cuando el planeta pasa por delante de su estrella— llega a bloquear en torno a un 6% de la luz estelar, una cifra muy alta que facilita observar su atmósfera mediante espectroscopía, un terreno donde el Webb se mueve con soltura.
Los datos obtenidos en una investigación liderada por equipos de la NASA y de Carnegie Science apuntan a una atmósfera pobre en elementos pesados si se compara con la propia estrella y con otros gigantes gaseosos como Júpiter. El telescopio James Webb ha detectado en ella rastros de metano (CH4) y sulfuro de hidrógeno (H2S), dos compuestos clave para entender su historia de formación y su estructura interna.
Los modelos de estructura planetaria usados para interpretar las observaciones sugieren que, si se cruzan masa y radio, TOI-5205b debería contener muchas más sustancias pesadas de las que deja entrever su atmósfera. Una explicación posible es que gran parte de ese material se haya hundido hacia el núcleo, dejando las capas exteriores relativamente empobrecidas en metales, justo al revés de lo que se ve en otros gigantes gaseosos bien conocidos.
Este planeta forma parte de un programa de observación centrado en exoplanetas gigantes alrededor de enanas rojas, a veces denominado «Enanas Rojas y los Siete Gigantes». El objetivo es comparar mundos como TOI-5205b con gigantes cercanos a sus estrellas, del estilo de Júpiter calientes, para obtener un contexto más amplio sobre cómo se forman y evolucionan estos colosos gaseosos en distintos entornos estelares.
Hielo de agua en Júpiteres calientes: cuando la termodinámica se queda corta
Otra de las sorpresas importantes proporcionadas por el James Webb afecta directamente a los llamados Júpiteres calientes, planetas gigantes que orbitan tan cerca de sus estrellas que sus temperaturas superan fácilmente los 1.100 ºC. Hasta hace poco, la teoría indicaba que en estos ambientes el agua solo podía existir como vapor muy caliente.
Sin embargo, observaciones recientes coordinadas por la ESA y analizadas también por grupos europeos han confirmado la presencia de nubes formadas por cristales de hielo de agua en las capas altas de la atmósfera de varios de estos mundos. El instrumento MIRI, gracias a su alta sensibilidad en el infrarrojo medio, ha permitido distinguir la firma espectral específica del hielo entre el abundante vapor y otras partículas presentes.
La explicación propuesta por los investigadores es que en estos planetas existen fuertes corrientes de convección que elevan el vapor de agua desde las zonas más profundas hacia regiones altas y frías de la atmósfera, especialmente cerca de los llamados «terminadores», la línea que separa la cara diurna de la nocturna en un planeta con rotación sincronizada.
En esas zonas de menor presión, el agua puede congelarse momentáneamente antes de ser arrastrada de nuevo hacia el interior, donde se vuelve a evaporar. Los cristales detectados serían microscópicos, comparables a los que forman los cirros en la atmósfera terrestre, pero desplazándose a velocidades supersónicas debido a los intensos vientos de estos planetas.
Este hallazgo obliga a revisar tanto los modelos de clima extremo en exoplanetas como las teorías sobre su origen. La presencia de hielo sólido sugiere que muchos Júpiteres calientes pudieron formarse en zonas más frías y exteriores de su sistema planetario, para después migrar hacia el interior, una hipótesis que encaja con ciertas predicciones teóricas pero que ahora recibe apoyo observacional directo gracias al Webb.
29 Cygni b: un gigante en la frontera entre planeta y «estrella fallida»
Entre los objetos que más quebraderos de cabeza estaban dando a los astrónomos se encuentra , un cuerpo con una masa cercana a 15 veces la de Júpiter. Durante años se ha movido en esa zona incómoda en la que no queda claro si se trata de un planeta extremadamente masivo o de una enana marrón, esas «estrellas fallidas» que nunca llegan a encender una fusión estable en su interior.
El problema de fondo es que usar solo la masa como criterio deja demasiados casos grises. El James Webb, con la ayuda de la cámara NIRCam, ha permitido dar un paso adicional: en lugar de fijarse solo en el tamaño, los investigadores han analizado con detalle la atmósfera y la composición química de 29 Cygni b, lo que equivale, en cierto modo, a reconstruir su biografía.
Los datos muestran que este objeto presenta un fuerte enriquecimiento en elementos pesados —en jerga astronómica, metales— respecto a su estrella anfitriona. Las estimaciones hablan de una cantidad de materiales pesados equivalente a unas 150 veces la masa de la Tierra, algo mucho más propio de un planeta formado por acreción a partir de un disco de polvo y hielo que de un cuerpo nacido por colapso directo de gas, como ocurre con las estrellas y muchas enanas marrones.
Este tipo de firma química es difícil de explicar si 29 Cygni b se hubiese originado como una pequeña estrella. En cambio, encaja bien con un escenario en el que un núcleo sólido fue creciendo a base de aglutinar rocas y hielos, para luego capturar grandes cantidades de gas, el mecanismo clásico de formación planetaria pero llevado al límite de su capacidad.
La ubicación de 29 Cygni b añade otra capa de complejidad, ya que se encuentra a una distancia considerable de su estrella, en una región donde los modelos habituales suponen discos menos densos y menos eficientes para crear gigantes tan masivos. Este detalle obliga a reconsiderar la cantidad de material disponible en los discos protoplanetarios, su duración y los posibles procesos de migración que podrían haber redistribuido la masa de forma más eficaz de lo pensado.
Un cambio de paradigma para la formación de planetas gigantes
Los casos de TOI-5205b, los Júpiteres calientes con hielo y 29 Cygni b apuntan en la misma dirección: el universo parece más flexible de lo que recogían los modelos clásicos sobre cómo y dónde pueden formarse los planetas gigantes.
En el caso de 29 Cygni b, la lectura química que ofrece el Webb refuerza la idea de que la acreción de núcleos sólidos puede dar lugar a mundos mucho más masivos de lo que se creía razonable. En paralelo, la detección de hielo de agua en atmósferas infernales sugiere que la migración de planetas desde zonas frías hacia órbitas muy cercanas a su estrella puede ser un fenómeno más común o más complejo que lo que se asumía.
Para la comunidad europea, muy involucrada en la modelización teórica y en el archivo y análisis de exoplanetas —incluyendo el trabajo del ESA Exoplanet Archive y equipos de investigación repartidos por España, Francia, Alemania, Italia o los países nórdicos—, estos resultados son una oportunidad y un reto. Muchos catálogos de objetos dudosos, situados en el límite entre planeta y enana marrón, podrían necesitar una revisión a medida que el Webb vaya proporcionando espectros de mayor calidad.
Nuevos proyectos de observación ya están en marcha para estudiar otros cuerpos situados en la misma frontera difusa que 29 Cygni b. Si en varios de ellos se repite el patrón de enriquecimiento en elementos pesados y señales de acreción a gran escala, todo apunta a que no estaremos ante rarezas aisladas, sino frente a una población completa de mundos extremos que, hasta ahora, se interpretaba de forma incompleta.
En paralelo, los datos del James Webb se están combinando con los obtenidos desde Europa por misiones como Cheops, Gaia o el futuro Plato, así como con telescopios terrestres de gran apertura situados en Canarias, Chile o el hemisferio norte, para construir una imagen más coherente de cómo se organizan los sistemas planetarios en distintas etapas de su historia.
Con todo ello, el James Webb se está revelando como mucho más que el heredero del Hubble: es una herramienta que obliga a reescribir capítulos enteros de la astrofísica, desde la muerte de las estrellas hasta la forma en que nacen y evolucionan los planetas gigantes. Sus observaciones, analizadas por equipos de todo el mundo y con una importante participación europea, dibujan un cosmos menos predecible y más variado, en el que incluso lo que parecía imposible —hielo en hornos cósmicos, planetas descomunales alrededor de estrellas diminutas o burbujas de fullerenos perfectamente ordenadas— termina encontrando su sitio cuando se mira con el instrumento adecuado.