El JWST detecta la supernova más temprana del universo

Un destello brillante del Amanecer Cósmico

El 14 de marzo de 2025, un satélite llamado SVOM registró un breve y muy brillante destello de rayos gamma —un brote de rayos gamma largo que más tarde sería catalogado como GRB 250314A. A las pocas horas, telescopios en tierra y en el espacio se orientaron hacia su ubicación. Las observaciones de seguimiento identificaron un resplandor infrarrojo y, lo que es crucial, un desplazamiento al rojo muy elevado: alrededor de 7,3. Esa combinación situó la explosión en las profundidades de la era que los astrónomos llaman el Amanecer Cósmico, cuando el universo tenía apenas unos 730 millones de años. Una campaña coordinada de observaciones, que incluyó imágenes con el Telescopio Espacial James Webb, ha identificado ahora el brote como la firma electromagnética de una supernova, la explosión de este tipo más temprana vista hasta ahora.

Cómo se desarrolló el descubrimiento

Los brotes de rayos gamma (GRB por sus siglas en inglés) se dividen en dos grandes familias: eventos cortos de menos de dos segundos, generalmente vinculados a fusiones compactas, y eventos largos que duran más de dos segundos y que están asociados con la muerte de estrellas muy masivas. La detección de SVOM del 14 de marzo mostró las características temporales y espectrales de un brote largo. En pocos días, los observadores que utilizaron el Nordic Optical Telescope captaron un resplandor infrarrojo y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral midió un desplazamiento al rojo cercano a 7,3, situando la fuente en un tiempo de retrospección de unos 13.070 millones de años.

Una sorprendente familiaridad en el primer millar de millones de años del Universo

Uno de los resultados más sorprendentes es lo ordinaria que parece la supernova. Se espera que, a principios del universo, las poblaciones estelares hayan sido pobres en elementos pesados (los astrónomos los llaman metales) y se comporten de forma distinta a las estrellas que se forman hoy en día. Sin embargo, la explosión asociada con el GRB 250314A muestra firmas fotométricas y espectroscópicas que se asemejan a las supernovas modernas por colapso de núcleo vinculadas a los GRB largos: un pico brillante y ancho en la curva de luz infrarroja y formas espectrales consistentes con la eyección de las capas externas de una estrella masiva impulsada por choque.

«Fuimos con la mente abierta», afirmó uno de los miembros del equipo que participó en las observaciones del JWST. «Y para nuestra sorpresa, el Webb demostró que esta supernova se ve exactamente como las supernovas modernas». Esa aparente normalidad es valiosa porque significa que los modelos calibrados en explosiones más cercanas y mejor estudiadas pueden ser un punto de partida para interpretar eventos con un desplazamiento al rojo muy alto. Al mismo tiempo, plantea interrogantes sobre la rapidez con la que las primeras generaciones de estrellas produjeron elementos pesados y si las primeras estrellas masivas podrían dar lugar a explosiones con propiedades similares a las de poblaciones posteriores.

Qué pueden aprender los astrónomos de una única explosión lejana

Incluso un evento solitario con z ~ 7,3 es científicamente valioso. En primer lugar, un GRB largo proporciona un vínculo directo entre la muerte de estrellas masivas y la formación estelar cósmica en una época en la que las galaxias eran pequeñas y tenues. El resplandor del GRB actúa como una linterna que retroilumina brevemente la galaxia anfitriona, permitiendo medir su contenido de gas, metalicidad y polvo, parámetros que de otro modo serían casi imposibles de obtener a esta distancia.

En segundo lugar, el hecho de que el JWST pudiera detectar y caracterizar la supernova significa que los futuros resplandores de GRB a distancias similares o incluso mayores pueden utilizarse como sondas de los sistemas de formación estelar más tempranos. Eso ayuda a determinar qué tan pronto se enriqueció químicamente el universo mediante sucesivas generaciones de supernovas, un proceso que siembra en las estrellas y planetas posteriores los elementos necesarios para una química compleja.

En tercer lugar, la aparente similitud con las explosiones modernas proporciona puntos de datos para los modelos de evolución de estrellas masivas en entornos de baja metalicidad. Si las primeras estrellas masivas producen colapsos y chorros (jets) que resultan familiares, los teóricos deben conciliar eso con las expectativas de la estructura estelar y la pérdida de masa a baja metalicidad, donde los vientos son más débiles y las envolturas difieren.

Realidad observacional y salvedades

Interpretar un único evento de alto desplazamiento al rojo requiere precaución. Los GRB son fenómenos fuertemente colimados: solo detectamos brotes cuyos chorros relativistas apuntan cerca de nuestra línea de visión. Esto selecciona un subconjunto especial de muertes de estrellas masivas y puede sesgar cualquier muestra de explosiones distantes hacia progenitores que producen chorros potentes y estrechamente colimados. Además, la debilidad de los objetos con z > 7 y la necesidad de un seguimiento rápido y profundo hacen que la muestra observada sea pequeña. La conclusión de que las supernovas tempranas pueden parecerse a las modernas es sólida para este evento, pero se necesitarán más detecciones para saber si se aplica a la población en su conjunto.

También existen límites prácticos debidos a la dilatación temporal y al desplazamiento al rojo. El mismo estiramiento cosmológico que ayuda a trasladar la explosión a la ventana espectral del JWST también ralentiza su evolución aparente para los observadores terrestres: un evento que podría durar semanas en el marco de la galaxia anfitriona puede tardar meses o más en desarrollarse en nuestros telescopios. Esto hace que el monitoreo coordinado durante meses sea esencial para capturar la curva de luz completa y la evolución espectral.

Próximos pasos para el estudio de las primeras explosiones

El resultado subraya un tema recurrente en la era del JWST: el telescopio no solo está revelando galaxias sorprendentemente luminosas y compactas cerca del amanecer cósmico, sino que también está permitiendo a los astrónomos estudiar transitorios que rastrean la vida y la muerte de las primeras generaciones de estrellas masivas. Los equipos ya están planificando el monitoreo continuo de los resplandores de los GRB, y los nuevos estudios de transitorios y las instalaciones de próxima generación ampliarán el espacio de descubrimiento. En particular, más GRB de alto desplazamiento al rojo junto con el seguimiento del JWST —y, con el tiempo, observaciones con telescopios terrestres de la clase de 30 metros— construirán una muestra estadística que podrá compararse con los modelos de evolución estelar, nucleosíntesis y ensamblaje temprano de galaxias.

Por ahora, el GRB 250314A ofrece una vívida prueba de concepto: con un descubrimiento rápido, una espectroscopia terrestre veloz para asegurar el desplazamiento al rojo y un seguimiento infrarrojo sensible, los astrónomos pueden captar y diseccionar la muerte de las estrellas masivas más tempranas del universo. Cada detección de este tipo amplía nuestra capacidad para poner a prueba los modelos de los primeros mil millones de años, y esta —a una edad de solo 730 millones de años tras el Big Bang— es la supernova más temprana vista hasta la fecha.