Un equipo internacional de astrónomos halló indicios de una madurez química temprana en galaxias jóvenes del universo primitivo, según el estudio publicado por A. L. Faisst y colaboradores en The Astrophysical Journal Supplement Series.
El análisis de 18 galaxias situadas a aproximadamente 12.500 millones de años luz revela que ya contenían elementos pesados, como carbono y oxígeno, cuando el universo tenía menos de mil millones de años.
Herramientas clave: telescopios espaciales y radiotelescopio ALMA
El descubrimiento se logró combinando observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST), el Hubble y el radiotelescopio ALMA en Chile. Esta combinación permitió estudiar con un detalle inédito la evolución de estas galaxias en sus fases iniciales.
Faisst, investigador principal en Caltech/IPAC, afirmó: “Gracias a estos instrumentos excepcionales, hemos podido resolver espacialmente estas galaxias y examinar sus etapas de formación estelar y sus propiedades químicas cuando el universo aún era muy joven”.
Enriquecimiento químico acelerado y presencia de metales
Las mediciones indican un enriquecimiento químico rápido, con algunas galaxias alcanzando hasta el 70 % de la metalicidad solar. En astronomía, los “metales” son todos los elementos más pesados que el helio y son fundamentales para la formación de estrellas, sistemas planetarios y, potencialmente, la vida.
Estos resultados contradicen estimaciones previas sobre la velocidad a la que se acumulaban metales en las primeras galaxias.
Faisst destacó: “¿Cómo se pudieron formar tantos metales en menos de mil millones de años? Fue sorprendente detectar tanta madurez química en galaxias tan jóvenes; es como ver a niños muy pequeños mostrando propiedades de fases más avanzadas”.
Los datos muestran además que casi la mitad de las galaxias estudiadas alojan un agujero negro supermasivo en proceso de acreción. Esto sugiere que esas estructuras se desarrollaron antes de lo que se pensaba.
Estudios anteriores de la colaboración ALPINE ya habían detectado en varias de estas galaxias discos rotantes parecidos a los de la Vía Láctea, lo que apunta a un desarrollo estructural temprano.
Distribución uniforme de elementos pesados y medio circungaláctico
Según Wuji Wang, investigador de Caltech y coautor del trabajo, los efectos del enriquecimiento químico se extienden más allá de los confines de las galaxias. Wang señaló en Phys.org que las galaxias muestran gradientes de metalicidad muy planos que se prolongan a distancias superiores a 30.000 años luz.
El equipo detectó gas enriquecido en el medio circungaláctico, la envoltura gaseosa que rodea a las galaxias, y observó una distribución inusualmente uniforme de elementos pesados incluso a grandes distancias.
Observación multi-longitud de onda y avance en la cartografía galáctica
Esta visión integral se alcanzó mediante una estrategia de observación multi-longitud de onda, que combina la sensibilidad de distintos instrumentos para cubrir desde el ultravioleta hasta la radio.
La resolución espacial lograda, del orden de un kilopársec, permitió mapear regiones de gas y polvo y seguir el enriquecimiento químico y la evolución hacia galaxias análogas a la Vía Láctea.
Faisst subrayó: “La unión de observaciones y simulaciones ofrece una sinergia potente para entender los procesos de formación estelar y los mecanismos que generan polvo y metales”.
Estos resultados tienen implicaciones más allá de la caracterización de galaxias distantes: la detección y cartografía de elementos pesados en el universo temprano proporcionan pistas sobre el origen de las primeras estrellas y planetas y ayudan a comprender cómo se forman galaxias maduras.
Según The Astrophysical Journal Supplement Series, comparar estos datos con simulaciones cosmológicas avanzadas será clave para explorar la relación entre la época de la reionización —cuando el universo se volvió transparente a la radiación ultravioleta— y el llamado mediodía cósmico, asociado al máximo de formación estelar.
Estos hallazgos ponen en cuestión modelos tradicionales sobre la rapidez con la que aparecieron las galaxias y los elementos esenciales tras el Big Bang. Entender estos procesos contribuirá a esclarecer el surgimiento de las primeras estrellas y sistemas planetarios, así como el origen de estructuras como la Vía Láctea.
