Así nacieron los gigantes al principio de los tiempos

En la incesante búsqueda de los orígenes del universo, un equipo internacional de astrofísicos liderados por Karina Caputi, del Instituto de Astronomía de Kapteyn, ha detectado un gran número de galaxias masivas formadas en los tiempos en los que el Universo era muy joven. Todo ello a partir de datos obtenidos por el telescopio de rastreo de espectro visible e infrarrojo (VISTA), situado en Chile, combinados con las observaciones por el telescopio espacial SPITZER.

En total son 574 nuevas galaxias jamás detectadas previamente que, además, tienen dos particularidades reveladoras: son muy antiguas, se formaron cuando el Universo apenas tenía 1.000 millones de años, y son muy masivas. Tanto, que desafían las ideas previas sobre formación de galaxias que teníamos hasta ahora.

"Surgen en un momento en el que no creíamos que pudiesen formarse galaxias tan masivas", nos explica José Miguel Mas Hesse, director del Centro de Astrobiología CSIC-INTA, doctor en astrofísica y experto en formación y evolución de galaxias.

En 2013, el Interferómetro ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hacía pública la detección de un trío de galaxias tempranas, datadas cuando el Cosmos tenía solo 800 millones de años.

Galaxias del universo temprano detectadas en el rastreo de VISTA ESO

Aquel descubrimiento seguía las líneas básicas que los astrofísicos tenían sobre cómo habían surgido las primeras galaxias: pequeñas estructuras que, como el trío de galaxias de la imagen, comenzaba a atraerse, a colisionar y a fusionarse para crear nuevas formaciones cada vez mayores.

"Sin embargo, esta nueva detección de más de 500 galaxias, muchas de ellas tan masivas como nuestra actual Vía Láctea, nos obliga a replantearnos el proceso de formación de las primeras galaxias", reconoce el astrofísico a EL ESPAÑOL.

La astronomía basa su conocimiento de la luz que llega de los confines del Universo: cuanto más alejada está una estrella o una galaxia, más tiempo ha viajado su luz hasta alcanzarnos. Así, los telescopios son como máquinas del tiempo que permiten capturar esa luz antigua de la que hablaba el físico y escritor Alan Lightman, y asistir así a lo que ocurría hace cientos, miles o millones de años.

De hecho, con los instrumentos adecuados -como, en este caso, VISTA- se puede llegar a contemplar los objetos más alejados y, por tanto, más antiguos del cosmos, situados a miles de millones de años luz y en los inicios de todo lo que nos rodea.

¿Cómo nacieron las primeras galaxias?

Para contestar a esa cuestión debemos retroceder más en el tiempo. Concretamente, a apenas 380.000 años después del Big Bang. El universo era muy, muy joven. La imagen del célebre Fondo Cósmico de Microondas es un mapa de temperaturas, procedente de la radiación residual de aquella época y, aunque se distinguen diversos colores muy marcados (del rojo más caliente al azul más frío), en realidad las diferencias de temperaturas son muy pequeñas, tan solo se diferencian entre ellas en millonésimas de grado.

"Esas diferencias en temperatura también indican diferencias de densidad de la materia del universo primordial: son muy pequeñas pero ahí están", señala Mas Hesse.

Fondo cósmico de microondas. PLANK/ESA

Con el tiempo, esas pequeñas fluctuaciones se ampliarían y la materia diseminada se iría condensando paulatinamente en formas de nubes gigantescas de hidrógeno y helio, donde comenzarán a nacer las primeras estrellas. Los primeros soles comenzarán a brillar unos 300 millones de años después, pero aún no tenemos estructuras a las que poder llamar "galaxias".

Aquellas estrellas pioneras eran monstruos, titanes estelares con 500 veces la masa de nuestro Sol. ¿Qué ocurrió con estas primeras estrellas gigantes?

Estrellas de población 3

Los astrónomos denominan a las primeras gigantes "estrellas de población 3" y su descripción permanece en el campo de la hipótesis puesto que, hasta el momento, no se ha logrado detectar ninguna de ellas. Sin embargo ,la idea más consolidada afirma que apenas duraron un suspiro: quemaron su combustible en tan solo dos o tres millones de años, "algo que a una escala cósmica apenas es un instante", afirma el astrofísico.

No obstante, además de vivir peligrosamente y morir rápido estas primeras estrellas del Universo hicieron algo más: sembraron el espacio con materiales cada vez más pesados, de manera que las siguientes generaciones de estrellas fueran más ricas en todo tipo de elementos químicos.

"Los astrónomos considerábamos que esas primeras formaciones, a las que se conoce como galaxias primordiales, nacidas en los primeros 1.000 millones de años del universo, eran de pequeño tamaño y que sólo con el tiempo fueron colisionando y fusionándose entre ellas hasta convertirse en galaxias más y más grandes", comenta el experto, que apunta: "Pero no es exactamente así".

De hecho, nuestros modelos actuales no preveían galaxias tan masivas y tan tempranas; se suponía que tardaron mucho más tiempo en formarse. Pero este descubrimiento nos desvela que, a esa temprana edad del Universo, existían grandes galaxias del tamaño de nuestra propia Vía Láctea que ya habían conseguido la mayor parte de su masa.

¿Por qué no las habíamos visto?

"Detectar galaxias tan lejanas es extremadamente difícil", reconoce el astrofísico. "Estamos buscando en un gigantesco pajar y nuestras agujas se encuentran a más de 12.000 millones de años luz de distancia... necesitábamos un telescopio en infrarrojo realmente especial".

La entrada del Reino Unido al proyecto del Observatorio Europeo Austral (ESO) hace una década trajo consigo la construcción de un nuevo telescopio específicamente diseñado para este tipo de rastreo. Hasta la entrada en funcionamiento de VISTA (y su proyecto de rastreo profundo llamado UltraVISTA) no existía un instrumento especializado para esta tarea.

¿El descubrimiento de estas masivas galaxias primordiales cambia las ideas que teníamos sobre la formación de nuestra propia galaxia? "Por supuesto", contesta Mas Hesse.

Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) ESO

Nuestra Vía Láctea, el gigantesco vecindario de más de 300.000 mil millones de estrellas en el que vivimos, es una formación muy antigua, casi tan vieja como el propio Universo. Uno de los misterios más desconcertantes que surgieron a mediados del siglo pasado fue la detección de estrellas que tenían más de 12.000 millones de años, lo que apuntaba a una avanzada edad para nuestra galaxia, mucho mayor de la que los cosmólogos de entonces estimaban para el Universo.

Recientemente, y mediante una moderna técnica de análisis de los núcleos radioactivos que atiende al nombre de nucleocosmocronología, se puede confirmar que la Vía Láctea tiene tiene la edad de esas primeras galaxias que ahora hemos detectado.

Al final, ¿fue nuestra galaxia una de esas primeras gigantes que se formaron o ha ido adquiriendo su tamaño y masa actual mediante posteriores colisiones y fusiones con otras galaxias? El nacimiento de nuestra propia Vía Láctea presenta aún muchas incógnitas y esta cuestión permanece sin respuesta, al menos por ahora. Conocer los orígenes de cualquier cosa, ya sea del Universo, de la vida o de nuestra propia especie, es uno de los retos más increíbles a los que se enfrenta cualquier ciencia.

Sin embargo, ya podemos contemplar cómo se formaron las primeras galaxias, muchas similares a la nuestra e incluso ver cómo evolucionaron hasta nuestros días, mientras acumulaban polvo a medida que las estrellas más masivas terminaban sus días en forma de violentas supernovas, formando a su vez planetas por doquier en los que, quién sabe, tal vez se haya desarrollado también vida.