La formación de las galaxias: ¿cómo se originaron las estructuras cósmicas que vemos hoy en día?

En sus primeras etapas, el universo era una vasta extensión de alta temperatura, dominada por una densa “sopa cósmica”. En este ambiente, la radiación no podía viajar libremente debido a su temperatura.

Sin embargo, a medida que el universo se expandía, esta sopa cósmica se enfrió lo suficiente como para permitir la captura de electrones libres por parte de núcleos atómicos. Este proceso dio origen a átomos neutros y creó una neblina opaca en el espacio.

Con el paso del tiempo, las primeras estrellas y galaxias comenzaron a formarse. La radiación emitida por estos cuerpos comenzó a abrirse camino a través de la neblina, generando regiones ionizadas por su energía, conocidas como burbujas de ionización. Esto marcó el inicio de un período crucial en la historia cósmica: la reionización del universo.

La formación de las galaxias es uno de los fenómenos más fascinantes en el estudio del universo. A lo largo de la historia, los astrónomos han intentado comprender cómo se originaron las estructuras cósmicas que observamos en el cielo nocturno. En este artículo, exploraremos las teorías y procesos que han dado lugar a la formación de las galaxias y cómo estas estructuras evolucionaron hasta convertirse en lo que conocemos hoy en día.

Origen del universo

Para comprender la formación de las galaxias, es importante remontarse al origen mismo del universo. Según la teoría del Big Bang, el universo se originó hace aproximadamente 13.800 millones de años a partir de una singularidad infinitamente densa y caliente. En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión acelerada, en la que la materia y la energía se dispersaron por el espacio.

A medida que el universo se enfriaba y expandía, la materia comenzó a agruparse debido a la atracción gravitatoria. Estas acumulaciones de materia primigenia eventualmente dieron origen a las primeras galaxias. Se cree que las primeras galaxias se formaron hace unos 13.000 millones de años, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang.

Uno de los modelos más aceptados para explicar la formación de las galaxias es el modelo de la formación jerárquica. Según este modelo, las galaxias se formaron a partir de la fusión y colisión de pequeñas estructuras llamadas halos de materia oscura. Estos halos de materia oscura actúan como semillas gravitacionales que atraen la materia ordinaria, como gas y polvo, que eventualmente se condensa para formar estrellas y galaxias.

El Proyecto LAGER

El proceso detrás de la reionización del universo plantea un misterio fascinante. Para abordar este enigma, el proyecto LAGER (Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization) ha reunido a investigadores de China, EE.UU. y Chile.

El Proyecto LAGER se propone rastrear las primeras galaxias del universo primitivo. Felipe Barrientos, director del Instituto de Astrofísica y miembro destacado del equipo de investigadores, explica que los átomos de hidrógeno se recombinaron con sus electrones, dejando el universo en un estado neutro y opaco, unos 400.000 años después del Big Bang.

Sin embargo, con la aparición de las primeras estrellas y galaxias, la radiación emitida interactuó con esta neblina cósmica. Los fotones energéticos ionizaron los átomos de hidrógeno, despejando la opacidad y dando paso a la luz. Allí estaría el rastro de las primeras galaxias. Encontrarlas, dice Barrientos, es como buscar “múltiples agujas dispersas en múltiples pajares cósmicos”.

Los agujeros negros supermasivos

Durante los primeros momentos de la historia cósmica, es posible que los agujeros negros supermasivos ya estuvieran presentes. Según un nuevo análisis basado en datos del telescopio James Webb, estos agujeros negros y las galaxias que los albergaban crecieron de manera simultánea e interdependiente durante los primeros 100 millones de años de existencia del cosmos.

El estudio, recientemente publicado en The Astrophysical Journal Letters, revela que los agujeros negros supermasivos no solo estaban presentes en los albores del universo, sino que también jugaron un papel activo en el proceso de formación estelar y en el crecimiento de las galaxias.

Se ha postulado que los agujeros negros aceleraron el proceso de formación estelar en las galaxias tempranas, contribuyendo así a su crecimiento y desarrollo. Contrario a la creencia anterior, no se formaron secuencialmente, sino que crecieron simultáneamente durante los primeros 100 millones de años del universo.

Las dos fases cósmicas

Joseph Silk y su equipo proponen una llamativa teoría que divide el Universo joven en dos fases distintas. En la primera etapa, los agujeros negros supermasivos expulsaron flujos de salida a alta velocidad, acelerando drásticamente la formación de estrellas.

Estos flujos, generados por la interacción con campos magnéticos turbulentos, trituraron nubes de gas y las convirtieron en estrellas a un ritmo mucho más rápido que el observado en galaxias posteriores.

Durante esta fase inicial, la creación estelar fue excepcionalmente rápida. Se cree que superó con creces el ritmo de formación estelar observado en galaxias normales miles de millones de años después.

Sin embargo, este proceso de formación estelar acelerada se ralentizó después de los primeros cientos de millones de años de historia cósmica. Sucedió cuando los flujos de salida de los agujeros negros alcanzaron un estado de conservación de energía.

En la segunda fase, los flujos de salida de los agujeros negros disminuyeron su velocidad, lo que redujo la cantidad de gas disponible para la formación estelar en las galaxias. Este cambio en la dinámica cósmica marcó una transición en el ritmo de crecimiento estelar, llevando al Universo a una nueva etapa en su evolución.

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