39 galaxias en los confines de lo visible

Abell 370, un cúmulo de cientos de galaxias a 6.000 millones de años luz - NASA/ESA/J. LOTZ
Descubren una desconocida y antigua porción del Universo
Astrónomos han detectado 39 galaxias masivas y antiguas que hacen replantearse las ideas sobre cómo se desarrolló el Universo

Astrónomos de la Universidad de Tokio (Japón) han logrado observar, por primera vez, un grupo de antiguas y gigantescas galaxias, tan lejanas que resultaban invisibles hasta ahora. El hallazgo, que se ha publicado recientemente en Nature, pone en entredicho los modelos que explican la evolución del Universo, porque muestra una sorprendente abundancia de galaxias cuando el Universo apenas tenía 2.000 millones de años. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para el estudio de los agujeros negros supermasivos y la distribución de la materia oscura.

«Esta es la primera vez que confirmamos una población tan grande de galaxias masivas durante los primeros 2.000 millones de años del Universo. Antes, eran invisibles para nosotros», ha dicho en un comunicado Tao Wang, primer autor del estudio. «Este hallazgo contraviene los modelos actuales para ese periodo de la evolución cósmica, y nos ayudará a añadir algunos detalles que nos faltaban hasta ahora».

Tal como ha opinado en Science Mauro Giavalisco, astrónomo de la Universidad de Massachusetts en Amherst (EEUU) no implicado en el estudio, «este artículo demuestra que estábamos pasando por alto el 90 por ciento de las galaxias masivas. Creo que esto estimulará un montón de futuras investigaciones».

39 galaxias en los confines de lo visible

Las observaciones han permitido descubrir 39 galaxias en unos minúsculos parches del cielo estudiados antes con gran minuciosidad por el telescopio espacial Hubble. Esa región del cielo fue barrida después por el telescopio espacial Spitzer, que encontró 63 candidatos a galaxias. Ahora, los observatorios chilenos ALMA y VLT han podido confirmar la existencia de decenas de ellas.

Algunas de las galaxias antiguas observadas por ALMA (derecha) pero no vistas por Hubble (izquierda) - Wang et al. 2019

Lo interesante es que lo observado en esas pequeñas franjas marcadas por el Hubble revelan cómo era el Universo cuando solo tenía 2.000 millones de años. En teoría, esto se puede extrapolar al resto del Cosmos y darnos mucha información sobre su evolución.

Esas 39 galaxias descubiertas son considerablemente distintas a la nuestra: si viviésemos en un planeta de alguna de ellas, al mirar arriba veríamos «un cielo nocturno mucho más majestuoso», según ha dicho Tao Wang. Estas galaxias tienen una mayor densidad de estrellas y una mayor concentración de polvo, por lo que, en el cielo, «habría muchas más estrellas, más brillantes y de mayor tamaño». Al mismo tiempo, el fondo sería mucho más oscuro, porque el polvo absorbería la luz de las estrellas lejanas.

Los datos también muestran que estas galaxias suelen tener masas de 100.000 millones de soles y que están llenas de polvo calentado hasta los -238ºC. Además, y si lo observado en los parches explorados por el Hubble en efecto se puede extrapolar al resto del Universo, estas antiguas galaxias podrían producir la mitad de todas las estrellas y serían la forma más común de ensamblaje galáctico durante la juventud del Cosmos.
Replantearnos nuestros modelos

Tal como ha dicho en Science David Elbaz, coautor del estudio, esto contradice los modelos de formación de galaxias: «No esperábamos que se hicieran galaxias masivas tan eficientemente tan temprano en el Universo».

Además, esto tiene implicaciones para el estudio de los agujeros negros supermasivos y la materia oscura. «Cuanto más masiva sea una galaxia, más masivo es el agujero negro supermasivo en su corazón», ha dicho Kotaro Kohno, coautor del estudio. «Por eso, estudiar estas galaxias y su evolución nos habla sobre la evolución de los agujeros negros supermasivos también». Y eso es siempre un tema candente, porque los modelos tratan de explicar, con dificultad, cómo estas moles pudieron crecer tan rápido en el pasado hasta alcanzar masas de miles de millones de soles.

Esto está vinculado con la distribución de la materia oscura, esa porción desconocida del Universo, que no interacciona con la luz y que no podemos ver, pero cuya existencia inferimos a través de sus efectos gravitatorios sobre la materia visible.

«Las galaxias masivas están íntimamente conectadas con la distribución de la materia oscura», ha dicho Kohno. «Esto juega un papel en la formación de la estructura y la distribución de las galaxias. Ahora, los investigadores tendrán que actualizar sus teorías».
Ver lo más lejano

Las galaxias son inmensos y brillantes «barcos» hechos de miles de millones de estrellas que «navegan» por el Universo. Sin embargo, las más lejanas, y que nos muestran cómo era nuestro vecindario cósmico cuando era más joven, a veces quedan ocultas o lejos del alcance de los telescopios más capaces, como el Hubble. Por eso, al gran puzzle de cómo evolucionó el Universo le faltan algunas piezas clave en los comienzos. ¿Por qué?

Las galaxias pueden ser las más inmensas de su era cósmica y aun así resultar invisibles. En primer lugar, porque las mayores galaxias suelen estar envueltas en polvo, lo que amortigua su luz. Y, en segundo lugar, porque la distancia a la que están y la expansión del espacio-tiempo hacen que su luz sea más tenue y que se alargue su longitud de onda, hasta llegar al infrarrojo.

«La luz que viene desde esas galaxias es muy tenue y tiene longitudes de ondas largas que son invisibles para nuestros ojos y que el Hubble no puede detectar», ha dicho Kotaro Kohno. «Así que recurrimos a ALMA (de « Atacama Large Millimeter/submillimeter Array»), que es ideal para ver este tipo de cosas».

Algunos de los 66 radiotelescopios que forman parte de ALMA - Kohno et al. 2019

La detección no ha sido sencilla. Ha requerido acudir a dos de los más potentes telescopios del planeta, ALMA y el VLT (de «Very Large Telescope»), para verificar lo sugerido por otro instrumento, el telescopio espacial Spitzer, que identificó en el pasado 63 candidatos a galaxias en tres minúsculo parches explorados por el Hubble con gran minuciosidad. Además, ha requerido observar el polvo, calentado por la radiación de las estrellas, y capaz de emitir rayos infrarrojos.

El trabajo acaba de comenzar. Los astrónomos necesitan analizar la huella dactilar de la luz de las galaxias, a través de la espectroscopía, para estudiar su composición química y la naturaleza de sus estrellas. Pero esto es extremadamente difícil con una luz tan tenue y de esa longitud de onda tan larga. «ALMA no es bueno para esto», ha dicho Wang. Así que tocará esperar al lanzamiento del potente telescopio espacial James Webb, previsto para 2021.

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