Detectan sorprendentes agujeros negros y metales en galaxias formadas después del Big Bang

Un equipo internacional de astrónomos observó una madurez química anticipada en galaxias jóvenes del universo temprano, según detalló el estudio publicado por A. L. Faisst y colaboradores en The Astrophysical Journal Supplement Series.

El análisis de 18 galaxias situadas a unos 12.500 millones de años luz demostró que estos sistemas ya presentaban elementos pesados como carbono y oxígeno cuando el universo tenía menos de mil millones de años.

Herramientas clave: telescopios espaciales y radiotelescopio ALMA

El hallazgo fue posible gracias a la combinación de datos del telescopio espacial James Webb (JWST), el Hubble y el radiotelescopio ALMA en Chile. El equipo logró caracterizar la evolución de estas galaxias recién formadas con un detalle sin precedentes.

Faisst, investigador principal en Caltech/IPAC, afirmó: “Gracias a estos telescopios excepcionales, hemos resuelto espacialmente estas galaxias y podemos observar las etapas de formación estelar y sus propiedades químicas mientras nuestro universo tenía menos de mil millones de años”.

Enriquecimiento químico acelerado y presencia de metales

Las mediciones muestran que estas galaxias experimentaron un enriquecimiento químico acelerado, alcanzando hasta el 70% de la metalicidad solar. En astronomía, los ‘metales’ incluyen todos los elementos más pesados que el helio y son componentes esenciales para la formación de estrellas, sistemas planetarios y, potencialmente, vida.

Este resultado contradice las previsiones anteriores sobre el ritmo del enriquecimiento metálico en las primeras galaxias.

Faisst subrayó: “¿Cómo se forman los metales en menos de mil millones de años? Fue una sorpresa ver semejante madurez química en galaxias tan jóvenes; es como ver a niños de dos años comportarse como adolescentes”.

Los datos indicaron, además, que casi la mitad de las galaxias presentan un agujero negro supermasivo en fase de crecimiento. La presencia de estos agujeros negros acumulando material sugiere que tales estructuras masivas surgieron mucho antes de lo estimado.

Investigaciones anteriores de la colaboración ALPINE ya habían identificado, en varias de estas galaxias, discos rotantes similares a los de la Vía Láctea, lo que indica signos de desarrollo estructural temprano.

Distribución uniforme de elementos pesados y medio circungaláctico

Según Wuji Wang, investigador de Caltech y coautor del estudio, los efectos del enriquecimiento químico se extienden más allá de los límites galácticos. Wang indicó en Phys.org: “Las galaxias muestran gradientes muy planos en sus abundancias de metales, alcanzando más de 30.000 años luz”.

El equipo identificó gas enriquecido en el denominado medio circungaláctico, una envoltura que rodea la galaxia y muestra una distribución inusualmente uniforme de elementos pesados incluso a grandes distancias.

Observación multi-longitud de onda y avance en la cartografía galáctica

Esta visión global se logró gracias a una estrategia de observación multi-longitud de onda, que integra la capacidad de diferentes instrumentos para captar desde el ultravioleta hasta la radio.

La resolución espacial alcanzada, del orden de un kilopársec, permitió cartografiar regiones de gas y polvo, rastreando el enriquecimiento químico y la evolución hacia galaxias análogas a la Vía Láctea.

Faisst recalcó: “La combinación de observaciones y simulaciones proporciona una sinergia poderosa para entender los detalles de la formación estelar y de los mecanismos de producción de polvo y metales”.

Las consecuencias de estos resultados van más allá de la caracterización de galaxias lejanas. La detección y mapeo de elementos pesados en el universo primitivo aportan pistas cruciales sobre el origen de las primeras estrellas y planetas y permiten comprender el desarrollo de galaxias maduras.

Según The Astrophysical Journal Supplement Series, la comparación entre estos datos y simulaciones cosmológicas avanzadas será esencial para analizar la conexión entre la época de la reionización, cuando el universo se volvió transparente a la luz ultravioleta, y el llamado mediodía cósmico, asociado al máximo de la formación estelar.

Estos descubrimientos modifican los modelos tradicionales sobre la rapidez con la que galaxias y elementos esenciales emergieron tras el Big Bang. Comprender estos procesos permitirá esclarecer el surgimiento de las primeras estrellas y sistemas planetarios, así como el origen de estructuras como la propia Vía Láctea.