Una señal llegada desde hace más de 13.000 millones de años revela cómo se construyeron las primeras galaxias conocidas
Estrellas en el centro de la vía láctea.
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Hace más de 13.000 millones de años, cuando las primeras galaxias apenas comenzaban a existir, enormes nubes de gas frío alimentaban el nacimiento de sus estrellas. Un combustible primordial ha permanecido oculto para los astrónomos hasta ahora. Un equipo internacional de investigadores ha logrado detectar por primera vez de forma directa el gas neutro que alimentaba la formación de estrellas en algunas de las galaxias más antiguas conocidas, observadas cuando el Universo tenía apenas entre 700 y 800 millones de años de edad.
Puede parecer una cifra enorme, pero en términos cósmicos equivale a contemplar una fotografía de la infancia del Universo. El Big Bang ocurrió hace unos 13.800 millones de años y, tras aquel acontecimiento, el cosmos pasó por una larga etapa conocida como las edades oscuras. Durante cientos de millones de años no existían estrellas ni galaxias tal y como las conocemos. Hasta que poco a poco comenzaron a formarse las primeras concentraciones de materia y nacieron las primeras estrellas, que iluminaron el Universo y dieron origen a las galaxias primitivas. Comprender cómo sucedió ese proceso es uno de los grandes desafíos de la astronomía moderna.
El nuevo estudio, liderado por investigadores de la Universidad de Chiba (Japón), y que será publicado en The Astrophysical Journal, ha utilizado el observatorio ALMA, situado en el desierto chileno de Atacama, para estudiar cuatro galaxias extremadamente lejanas. Lo que buscaban era una señal muy concreta emitida por átomos de oxígeno neutro, una especie de huella luminosa que permite localizar directamente el gas frío a partir del cual nacen las estrellas.
Hasta ahora los telescopios podían observar las estrellas ya formadas o el gas caliente que las rodea. Incluso instrumentos revolucionarios como el Telescopio Espacial James Webb han permitido contemplar galaxias de los primeros tiempos cósmicos con una precisión sin precedentes. Sin embargo, el gas neutro que alimenta la formación estelar permanecía prácticamente oculto.
"Nuestros resultados representan la detección directa más distante de gas neutro en galaxias hasta la fecha", explica el investigador Yoshinobu Fudamoto, autor principal del trabajo. Según el científico, el hallazgo permite reinterpretar muchas observaciones anteriores realizadas sobre galaxias primitivas.
La detección no ha sido sencilla. Los investigadores analizaron una línea de emisión conocida como [OI] de 145 micras, considerada uno de los mejores indicadores de gas neutro. Para asegurarse de que la señal procedía realmente de ese material compararon los resultados con otra firma espectral asociada exclusivamente al gas ionizado. La conclusión fue clara: la mayor parte de la señal observada provenía de enormes reservas de gas neutro, exactamente el material que sirve de materia prima para fabricar estrellas.
Lo que encontraron resultó sorprendente. Las galaxias estudiadas contenían regiones extremadamente densas de gas, comparables a las de algunas de las galaxias más intensas del Universo actual. Sin embargo, la radiación generada en esos sistemas parecía relativamente moderada. En otras palabras, las primeras galaxias podrían haber sido factorías compactas de estrellas, mucho más concentradas de lo que se pensaba.
La importancia del descubrimiento va más allá de estas galaxias. Durante años los astrónomos han intentado reconstruir cómo evolucionó el cosmos desde una sopa primordial de partículas hasta convertirse en un Universo repleto de galaxias, cúmulos y planetas. Se calcula que las primeras estrellas surgieron unos cien o doscientos millones de años después del Big Bang. Fueron precisamente esas estrellas las que comenzaron a fabricar elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio, sembrando el espacio de los ingredientes que millones de años más tarde permitirían la aparición de sistemas planetarios e incluso de la vida.
Por eso cada nueva observación de esta época remota funciona como una máquina del tiempo. La luz de estas galaxias ha tardado más de 13.000 millones de años en llegar hasta la Tierra, de modo que los científicos las observan tal y como eran cuando nuestro planeta ni siquiera existía y la futura Vía Láctea apenas estaba comenzando a ensamblarse.
"Nuestro trabajo establece la línea de emisión [OI] como una herramienta eficaz para estudiar un componente gaseoso difícil de detectar en el Universo primitivo, abriendo una nueva perspectiva sobre el combustible que impulsa la formación estelar", afirma el investigador Akio Inoue.
Los autores ya preparan el siguiente paso. "Planeamos extender estas observaciones a una muestra mayor de galaxias y, combinando ALMA con el James Webb y otras instalaciones, construir una imagen completa de cómo se formaron y evolucionaron las galaxias desde los albores cósmicos hasta nuestros días", adelanta Fudamoto.
La pregunta que intentan responder es tan antigua como la propia humanidad: cómo pasó el Universo de ser una nube caliente y uniforme tras el Big Bang a convertirse en el espectacular entramado de galaxias, estrellas y planetas que observamos hoy. Gracias a este hallazgo, los astrónomos acaban de encontrar una pieza fundamental de ese rompecabezas. El combustible estaba allí desde el principio; simplemente no lo veíamos.