Astrónomos han descubierto un vasto y denso cúmulo de galaxias masivas tan solo mil millones de años después del Big Bang. Cada una de ellas forma estrellas a un ritmo intenso a partir del colapso de nubes de polvo. Publicado en Astronomy & Astrophysics por un equipo internacional, dirigido por Guilaine Lagache de la Universidad de Aix-Marsella, la estructura parece cuestionar los modelos existentes sobre la velocidad con la que se formaron las estrellas en el universo primitivo.
Cómo el polvo oscurece la formación estelar temprana
En muchas galaxias en formación, inmensas nubes de gas y polvo colapsan bajo su propia gravedad, desencadenando rápidos estallidos de formación estelar. Este proceso puede estudiarse observando galaxias extremadamente distantes, cuya luz apenas llega a la Tierra tras viajar más de 12 mil millones de años.
Sin embargo, estas observaciones representan un desafío para los astrónomos. Dado que el polvo de la galaxia distante absorbe fuertemente la luz producida por las estrellas en formación, estas regiones suelen ser imposibles de observar directamente en longitudes de onda visibles.
«Una fracción significativa de la formación estelar queda oscurecida de esta manera», explica Lagache. El polvo absorbe la luz ultravioleta y óptica de las estrellas jóvenes y la reemite en longitudes de onda más largas, lo que significa que estas emisiones son prácticamente invisibles para los estudios ultravioleta, óptico e infrarrojo cercano.
Hasta ahora, esto significa que instrumentos potentes como el Telescopio Espacial James Webb solo han observado estas galaxias en longitudes de onda más largas, donde no se puede encontrar evidencia de formación estelar.
Nuevas técnicas revelan actividad oculta
Para descubrir esta actividad oculta, los astrónomos deben buscar el resplandor reemitido por el polvo, que aparece en longitudes de onda más largas, desde el infrarrojo medio hasta la banda de radio milimétrica.
Durante las últimas tres décadas, esta ventana espectral ha sido el foco de extensos estudios cosmológicos. En 2017, el equipo de Lagache lanzó el Sondeo del Legado Cosmológico NIKA2 (N2CLS), utilizando la cámara NIKA2 instalada en el telescopio IRAM de 30 metros en España.
Basándose en estudios anteriores, el instrumento puede cartografiar simultáneamente el cielo en longitudes de onda de 1,2 mm y 2 mm, con una sensibilidad sin precedentes y un campo de visión mucho mayor que el de los instrumentos anteriores.
«Esto permite ampliar los estudios estadísticos de galaxias polvorientas con formación estelar a flujos más tenues y épocas cósmicas más tempranas de lo que era posible anteriormente, y posibilita la identificación de estructuras raras y extremas de galaxias polvorientas en el universo joven», explica Lagache.
Desde el inicio de su sondeo, N2CLS se ha acercado a un límite observacional fundamental en uno de los campos donde la sensibilidad ya no puede mejorarse significativamente con más tiempo de observación. Esto se debe a que la principal fuente de incertidumbre ya no es el ruido instrumental, sino la mezcla de luz de muchas galaxias tenues y distantes, muy juntas en el cielo.
Utilizando este conjunto de datos excepcionalmente profundo, el equipo de Lagache identificó una cantidad récord de galaxias masivas y polvorientas a más de 12 000 millones de años luz de distancia, con emisiones milimétricas que revelan tasas de formación estelar extraordinariamente altas.
«Algunos de estos objetos están formando estrellas a un ritmo vertiginoso, hasta mil veces más rápido que nuestra propia Vía Láctea, pero son completamente invisibles en las imágenes más profundas tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, ya que están completamente oscurecidos por el polvo», afirma Lagache.
Implicaciones para los modelos de formación de galaxias
El análisis reveló algo aún más sorprendente: cuando el universo tenía tan solo unos mil millones de años, estas galaxias ya estaban ensambladas en una estructura extremadamente densa y alargada: un filamento cósmico que se extendía a lo largo de decenas de millones de años luz.
En comparación con los modelos teóricos actuales, las galaxias dentro de esta estructura parecen haberse formado mucho más rápido de lo esperado tan pronto después del Big Bang. Como resultado, el descubrimiento podría obligar a los astrónomos a replantearse la eficiencia con la que las galaxias podían crecer en las épocas más tempranas del universo.
«Estos resultados sugieren que, en ciertos entornos del universo primitivo, las galaxias pueden formar estrellas con una eficiencia extremadamente alta, mucho mayor de lo que predicen los modelos teóricos actuales», afirma Lagache.
Con información de Astronomy & Astrophysics
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