El Universo temprano estaba lleno de 'plátanos'

¿Qué fila hace una galaxia recién nacida? Durante mucho tiempo, un gran número de astrofísicos y cosmólogos ha dado por supuesto que las galaxias recién nacidas se parecían a los globos y discos retorcidos que conocemos del Universo moderno. Pero, según un análisis de nuevas imágenes del telescopio espacial James Webb, las galaxias recién nacidas no tenían ni forma ovalada ni de disco, sino de plátano, o de pepinillo, o de puro, o de tabla de surf, que cada uno elija la metáfora que más le guste. Ésta es la conclusión provisional de un equipo de astrónomos que ha reexaminado imágenes de unas 4.000 galaxias al amanecer de los tiempos, cuando acababan de formarse, captadas por el telescopio Webb.

“Es un resultado a la vez sorprendente e inesperado, aunque con Hubble ya había indicios”, explica Viraj Pandya, investigador postdoctoral de la Universidad de Columbia, en alusión al telescopio espacial Hubble. El dr. Pandya es el primer firmante de un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal con el título provocador de “Galaxias Going Bananas” (se juega con el doble sentido de bananas en inglés: “plátanos” y “perder la cabeza”).

Si el resultado se sostiene, podría alterar profundamente la comprensión de cómo surgen y crecen las galaxias, según los astrónomos. También podría aportar información sobre la naturaleza misteriosa de la materia oscura, una forma desconocida e invisible de materia que, según los astrónomos, conforma la mayor parte del Universo, superando la materia atómica en una proporción de 5 a 1. La materia oscura engulle las galaxias y les proporciona los viveros gravitatorios en los que surgen las galaxias nuevas.

Los indicios del Hubble

El resultado toma el relevo de indicios obtenidos en observaciones anteriores del telescopio Hubble según las cuales las primeras galaxias tenían forma de pepinillo, comenta Joel Primack, astrónomo de la Universidad de California (campus de Santa Cruz) y uno de los autores del nuevo artículo.

En un correo electrónico, Alan Dressler, de los Observatorios Carnegie, que no ha participado en el trabajo del dr. Pandya, califica el resultado como importante: "Sí, creo que es extremadamente importante, si es cierto". Y añade: "Conservo un cierto escepticismo hacia este resultado por la dificultad de llevar a cabo las mediciones, especialmente en galaxias lejanas, pequeñas y no muy brillantes”.

El equipo del Dr. Pandya ha analizado las imágenes de las galaxias que se encuentran en una parcela de cielo más pequeña que una luna llena conocida como Franja de Groth Estesa, que han investigado muchos otros telescopios, entre ellos, el Hubble, cuyas imágenes las había obtenido una colaboración internacional llamada CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science).

El equipo tiene previsto ampliar sus observaciones para hacerlas extensivas a otras zonas del cosmos bien estudiadas: “Esto nos permitirá identificar galaxias con otras formas tridimensionales por toda la bóveda celeste” y facilitará la obtención de observaciones espectroscópicas posteriores, que son muy necesarias, escribe el Dr. Pandya en un correo electrónico.

L origen de las galaxias

Las galaxias son las ciudades-estado del cosmos. En el Universo visible se calcula que existen unos dos billones y cada una contiene hasta un billón de estrellas. Pero el Universo visible no es más que una parte de lo que existe en el cosmos. La mayoría de la materia existente parece tomar la forma de materia oscura. Sea cual sea la materia oscura, constituye el esqueleto invisible del Universo que vemos.

Actualmente, los astrónomos creen que el germen de las galaxias fueron las fluctuaciones en la densidad de la materia y la energía durante el Big Bang. A medida que el espacio se fue expandiendo, las regiones más densas quedaron atrás y se acumuló materia oscura que arrastraba al mismo tiempo materia normal. Finalmente, este material volvió a reunirse y se iluminó en forma de estrellas y galaxias o desapareció en el interior de agujeros negros. El telescopio Webb fue diseñado para investigar ese tiempo misterioso y formativo. Con un espejo gigantesco y sensores de infrarrojos, es capaz de captar las galaxias más lejanas y, por tanto, más antiguas.

Galaxias en forma de plátano

El dr. Pandya y sus colegas han investigado la forma tridimensional de las galaxias analizando estadísticamente sus proyecciones bidimensionales en el cielo. Si estas galaxias tempranas fueran globos o discos orientados de forma aleatoria al espacio, deberían mostrar ocasionalmente su cara completa, dejándose ver desde los telescopios con formas redondas y circulares. Pero no es esto lo que ven los astrónomos, sino un montón de puros y plátanos. “Tienen reiteradamente un aspecto lineal –afirma el dr. Pandya— y algunas galaxias presentan numerosas aglomeraciones brillantes dispuestas como las perlas de un collar”.

Las galaxias oblongas como las que describe el dr. Pandya son hoy una rareza, pero constituyen el 80% de la muestra del CEERS, que se remonta a 500 millones de años después del Big Bang. “Tienen una masa tan considerable que serían las progenitoras de galaxias como la Vía Láctea –explica el dr. Pandya—, lo que implica que nuestra galaxia podría haber pasado por una fase morfológica similar de puro o plancha de surf en el pasado”.

En el Universo moderno, las galaxias parecen presentar dos formas básicas: anodinas nubes redondeadas llamadas galaxias elípticas y discos aplanados con espirales como nuestra Vía Láctea. Al parecer, las primeras galaxias carecían de esta morfología. Los astrónomos sospechan que el motivo está relacionado con las propiedades de la materia oscura. Ahora bien, no saben exactamente cuáles ni cómo influían.

La misteriosa materia oscura

La teoría con más predicamento sostiene que la materia oscura está formada por nubes de partículas subatómicas exóticas remanentes del Big Bang. Según las simulaciones por ordenador, la materia normal, atraída hacia estas nubes por la gravedad, se condensaría y se encendería formando estrellas y galaxias.

En una variante popular llamada materia oscura fría, estas partículas remanentes serían pesadas y lentas en comparación con los protones, neutrones y demás habitantes más conocidos del mundo atómico cuántico. Las simulaciones informáticas indican que la materia oscura fría se aglomeraría fácilmente dando lugar a los patrones a gran escala que los astrónomos observan en el cielo. De momento, sin embargo, los experimentos en laboratorios como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN no han sido capaces de producir o detectar ninguna partícula de materia oscura fría. Últimamente, el interés se ha desplazado hacia otras formas hipotéticas de materia oscura, entre las que se encuentra todo un abanico -un "sector oscuro"- de partículas "oscuras" que interactúan de manera invisible mediante fuerzas "oscuras".- _BK_COD_ Una de ellas son los axiones, los cuales en teoría son extremadamente ligeros y actúan más como ondas que como partículas: es la “materia oscura difusa”. En simulaciones informáticas de la formación de galaxias, estas ondas pueden interferir unas en otras, generando estructuras filamentosas con nódulos en lugar de las formas redondeadas que se predicen con la materia oscura fría.

“Sí, la relación con la materia oscura es prometedora”, dice el dr. Pandya, y añade que el diablo se esconde en los caóticos detalles de la “gastrofísica”, disciplina que describe cómo las turbulencias, los gases calientes y los campos magnéticos interactúan para llegar a encender las estrellas y las galaxias.

Una nueva generación de telescopios

En los últimos años, Jeremiah Ostriker, profesor emérito de astrofísica de la Universidad de Princeton actualmente afiliado a la Universidad de Columbia, se ha dedicado al estudio de la materia oscura difusa. En 1973, el dr. Ostriker y su compañero de Princeton James Peebles señalaron el papel destacado de la materia oscura en la estabilización de las galaxias.

El dr. Ostriker y otros expertos indicaron que la materia oscura difusa habría dejado su propia firma en el tamaño y forma de las primeras galaxias. Por su carácter afín a las ondas, los axiones no se aglomerarían de forma tan efectiva como la materia oscura fría. Por tanto, difícilmente producirían galaxias noveles de menos de mil millones de masas solares. La materia oscura fría, por el contrario, no tiene esa limitación. Aunque los telescopios actuales ya son suficientemente sensibles para observar estas galaxias recién formadas, quizás será necesaria una generación de instrumentos aún más grandes para terminar el trabajo.