La paradoja de las galaxias que cesaron su evolución en el inicio del universo

Los científicos estudian el universo temprano a través de potentes telescopios, y observan galaxias que existieron hace miles de millones de años. Este enfoque les permitió investigar la manera en la que estas gigantescas estructuras cósmicas se formaron, evolucionaron y, en algunos casos, dejaron de crear nuevas estrellas.

Las llamadas galaxias elípticas plantean interrogantes importantes. Estas enormes colecciones de estrellas, sin una estructura definida, parecen haber crecido rápidamente en los primeros momentos del universo para luego “apagar” su actividad de formación estelar.

A través de proyectos como el ConTExt, financiado por la Unión Europea y dirigido por el cosmólogo Sune Toft, y el más reciente proyecto Red Cardinal, liderado por Sirio Belli, los astrónomos buscan entender cómo estas galaxias se formaron y por qué detuvieron su crecimiento. Estas investigaciones aportan datos fundamentales para comprender la evolución del cosmos y el lugar que ocupa la Vía Láctea en este escenario.

El modelo tradicional de evolución galáctica sugiere que las galaxias pequeñas se fusionan para formar estructuras mayores, en un proceso gradual que da lugar a gigantes como la Vía Láctea. Sin embargo, las elípticas contradicen este esquema, ya que aparecen como sistemas masivos desde etapas tempranas del universo, con poca o ninguna formación de nuevas estrellas.

El proyecto ConTExt (2015-2021) se centró en analizar galaxias elípticas que existieron durante los primeros 2.000 millones de años tras el Big Bang, un período crucial para estudiar sus orígenes. Según explicó Sune Toft en un artículo de la revista científica financiada por la Unión Europea, Horizon, estos conjuntos cósmicos debieron crecer rápidamente y acumularon estrellas en un corto periodo, antes de detenerse por completo. Esto plantea interrogantes sobre su rápida formación y por qué dejaron de evolucionar.

Para comprender el origen de las galaxias elípticas, los astrónomos plantearon que estas comenzaron como galaxias starburst, caracterizadas por una intensa formación estelar. Las mismas podían crear miles de estrellas al año, a partir de densas concentraciones de gas y polvo. En comparación, la Vía Láctea forma en promedio un astro de masa solar al año.

Con el apoyo de herramientas como el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) y los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, Toft y su equipo estudiaron el universo temprano y encontraron que las galaxias elípticas formaron la mayor parte de sus estrellas durante el primer periodo de su existencia. Las mismas también crecieron mediante fusiones con otras, por lo que acumularon más astros en sus regiones exteriores. Sin embargo, este desarrollo no explica por completo por qué su formación estelar cesó.

El término quenching se refiere al proceso en el que una galaxia deja de crear nuevas estrellas. Una de las explicaciones más aceptadas vincula este fenómeno con la actividad de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de casi todas las galaxias. Estas estructuras, millones o incluso miles de millones de veces más masivas que el Sol, afectan directamente el suministro de gas y polvo, materiales esenciales para la formación estelar.

En abril de 2024, el equipo de Sirio Belli, en el marco del proyecto Red Cardinal (2023-2028), utilizó el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para observar una estructura estelar masiva que estaba experimentando quenching 2.600 millones de años después del Big Bang. Durante esta etapa, notaron un gigantesco viento de gas que salía de la galaxia, probablemente causado por la actividad del agujero negro central. Este fenómeno elimina el combustible necesario para la formación de nuevas estrellas, dejando al conjunto cósmico “muerto”.

Según Belli, cuando un agujero negro acumula suficiente masa, libera grandes cantidades de energía que expulsan el gas de la galaxia. Además, señaló que “una vez que una galaxia alcanza una determinada masa, 100 mil millones de masas solares, todas ellas se extinguen. No vemos ninguna galaxia masiva en el universo actual que todavía esté formando estrellas”.

Aunque telescopios como el JWST permitieron avances significativos, aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Para investigar con mayor detalle el interior de las galaxias elípticas en el universo temprano, los astrónomos esperan contar con el European Extremely Large Telescope (ELT), que comenzará a operar en Chile en el 2028.

Este nuevo instrumento podrá medir con precisión las tasas de formación estelar y localizar exactamente dónde se producen las estrellas. Según Belli, esto será crucial para entender el mecanismo que apaga la creación de astros, un paso fundamental para resolver el misterio de por qué las galaxias elípticas dejan de desarrollarse.

El estudio de estos tipos de galaxias revela un panorama complejo de formación, crecimiento y muerte que desafía las teorías tradicionales. Comprender el quenching y el rol de los agujeros negros no solo ayudará a descifrar el origen de estas estructuras, sino también a entender cómo el universo evolucionó hasta convertirse en lo que es hoy. Este conocimiento, que depende de la luz captada por telescopios desde los rincones más lejanos y antiguos del espacio, brindará las respuestas necesarias sobre los procesos que dieron forma al cosmos.