Los astrónomos no salen de su asombro: descubren que las galaxias jóvenes contienen más metales de lo que creían

El universo siempre devuelve más preguntas de las que resuelve y eso es lo que ha ocurrido ahora. Al estudiar galaxias situadas a más de 12.000 millones de años luz (es decir, cuando el cosmos apenas empezaba a organizarse) los astrónomos esperaban encontrar estructuras simples, en una fase muy temprana de desarrollo, pero los datos no encajan con esa idea.

Un equipo internacional liderado por A. L. Faisst ha comprobado que muchas galaxias jóvenes ya estaban sorprendentemente «enriquecidas». No eran estructuras primitivas dominadas sólo por hidrógeno y helio, sino sistemas con una química mucho más avanzada de lo previsto.

Descubren que las galaxias jóvenes contienen más metales de lo que se creían

El trabajo forma parte del estudio The ALPINE-CRISTAL-JWST Survey, publicado en The Astrophysical Journal Supplement Series. Los investigadores analizaron 18 galaxias situadas entre 12.400 y 12.600 millones de años luz, combinando datos del Telescopio Espacial James Webb, el Telescopio Espacial Hubble y el radiotelescopio ALMA en Chile.

La teoría estándar defendía que las galaxias necesitaban miles de millones de años para acumular cantidades apreciables de elementos pesados. En astronomía, «metales» significa todo lo que pesa más que el hidrógeno y el helio: oxígeno, carbono, nitrógeno o hierro. Estos elementos nacen en el interior de las estrellas y se dispersan cuando mueren.

Lo que han visto ahora cambia la historia, pues estas galaxias, observadas cuando el universo tenía entre un 2% y un 3% de su edad actual, muestran abundancias que oscilan entre el 10% y el 70% de la metalicidad solar. Algo que para una etapa tan temprana, es mucho.

Además, varias presentan discos en rotación bastante ordenados y, en algunos casos, indicios de agujeros negros supermasivos en crecimiento. La imagen que emerge no es la de sistemas caóticos recién formados, sino la de estructuras que avanzaron a gran velocidad.

La espectroscopía del instrumento NIRSpec del James Webb permitió descomponer la luz de estas galaxias y detectar líneas claras de oxígeno y otros elementos. Esa «huella dactilar» química confirma que el enriquecimiento fue rápido y más temprano de lo previsto.

Por qué este hallazgo cambia lo que sabíamos sobre la formación de galaxias

Después del Big Bang, el universo había quedado compuesto casi exclusivamente por hidrógeno y helio, pero gracias a las primeras estrellas eso cambió. En sus núcleos, la fusión nuclear transformó el hidrógeno en helio y, en estrellas más masivas, en carbono y oxígeno.

Cuando esas estrellas agotaron su combustible, explotaron como supernovas y lanzaron al espacio los elementos recién creados. Ese material se mezcló con el gas circundante y dio lugar a nuevas generaciones estelares cada vez más ricas en metales.

En el espacio, esos metales no se parecen a un lingote, sino que pueden aparecer como gas ionizado en regiones muy calientes, como diminutos granos de polvo cósmico o formando moléculas en nubes frías. Los astrónomos los detectan estudiando la luz que emiten o absorben.

El nuevo estudio sugiere que este ciclo (nacimiento, fusión, explosión y reciclaje) funcionó con una eficiencia inesperada en el universo temprano, pues todo ocurrió antes de lo que indicaban las simulaciones.