Las galaxias adolescentes crecen de golpe, tienen comportamientos extraños y les gusta el metal

La adolescencia está caracterizada por la rebeldía, pero también por la búsqueda de la identidad, el desarrollo de la personalidad y la exploración de las relaciones sociales. Y esta etapa no solo la sufrimos los humanos. Según ha demostrado el grupo de vigilancia CECILIA, las galaxias primitivas también atravesaron la adolescencia cuando apenas tenían entre 2 y 3 mil millones de años. Durante esta etapa, en un universo joven, las galaxias se unieron unas con otras, tenían temperaturas mucho mayores de lo esperado y mostraban trazas de metales pesados inesperados.

Reservando el telescopio más caro del mundo

Las investigadoras pudieron observar galaxias primitivas empleando los instrumentos del Telescopio Espacial James Webb. Su idea se basa en el empleo de técnicas espectroscópicas, es decir, observar tanto la luz visible como la no visible que emiten las galaxias más distantes para así averiguar su composición química. Esto es posible gracias que cada elemento atómico emite una luz con una longitud de onda concreta, y observando el espectro se pueden distinguir los elementos que forman el objeto que se está observando, así como su proporción. Este brillo único es lo que se denomina como “firma química” de los elementos y hasta ahora, ha permitido a los astrónomos averiguar la composición de estrellas, planetas y galaxias lejanas.

Para entender los procesos como la formación de las estrellas se busca la firma química de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Estos elementos, como el nitrógeno, el oxígeno y el azufre se forman en el proceso de fusión nuclear que ocurre en el interior de las estrellas. Una vez la estrella muere y crea la explosión colosal a la que denominamos “nova”, los elementos que se han formado -así como otros que aparecen por la violencia del proceso- se esparcen por el vecindario estelar. Por tanto, detectando la presencia de estos elementos se puede entender cuántas estrellas aparecen y desaparecen y comprender cómo evolucionan las galaxias.

A las galaxias les gusta el metal

El grupo de investigación CECILIA empleó el James Webb para observar un total de 33 galaxias lejanas durante 30 horas. Tras esto, combinaron los espectros de 23 de esas galaxias para crear una imagen compuesta. La idea tras la unión de las imágenes era comprender cómo es la galaxia adolescente media, así como recoger más datos para observar los elementos de una forma más precisa. Los resultados no se hicieron esperar, el instrumento empleado para medir el espectro ultra profundo pudo distinguir con precisión 8 elementos: hidrógeno, helio, nitrógeno, oxígeno, silicio, azufre, argón y níquel. Este último, más pesado que el hierro, fue una verdadera sorpresa para las investigadoras.

Según afirma Allison Storm profesora adjunta de Física y Astronomía en la Universidad Northwestern: < >. Para que se pueda observar la firma química de este elemento tienen que ocurrir dos condiciones; la primera es que tiene que haber suficiente cantidad del elemento en la galaxia y, además, unas condiciones muy específicas para observarlo. El elemento ha de emitir radiación y, por tanto, ha de estar a una temperatura muy elevada. Generalmente, cuanto más pesado es el elemento, más caliente ha de estar el objeto, y por ello, que se den las condiciones adecuadas para observar níquel es bastante complicado. Sin embargo, otro resultado inesperado puede explicar la presencia del especto del níquel.

Las galaxias adolescentes que observaron estaban extremadamente calientes. Examinando los mismos espectros que utilizan para averiguar la composición de una galaxia, también se puede calcular la temperatura del objeto que se esté observando. Mientras que los focos que contienen galaxias más calientes observados pueden alcanzar más de 9.700 grados Celsius, las galaxias adolescentes marcaban más de 13.350 grados. Esto explicaría que se pueda detectar níquel, pero muestra lo diferentes que debían ser las galaxias jóvenes comparadas con las actuales.

El primero de muchos artículos

CECILIA es un grupo de investigación liderado por la profesora Allison Storm y Gwen Rudie, científica titular los Observatorios Carnegie. Su nombre es el acrónimo de Chemical Evolution Constrained using Ionized Lines in Interstellar Aurorae, que podría traducirse al español como < >.

El acrónimo también rinde homenaje a Cecilia Payne-Gaposchkin, una de las primeras mujeres en obtener un doctorado en astronomía con la que se consideró en su momento "la tesis doctoral más brillante escrita nunca en astronomía". El grupo de investigación espera seguir analizando los datos obtenidos durante los próximos años para así averiguar más información sobre la formación de galaxias.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Aunque el universo tenga 13,7 mil millones de años de vida, que se pueda ver una galaxia de 2 mil millones de años de antigüedad no quiere decir que esté a 11 mil millones de años luz. Debido a la inflación cósmica, esa galaxia debería encontrarse mucho más lejos y, seguramente, sea inalcanzable para la humanidad.

Referencias (MLA):

•  Strom, Allison L., et al. “Cecilia: The faint emission line spectrum of Z ∼ 2–3 star-forming galaxies.” The Astrophysical Journal Letters, vol. 958, no. 1, 2023, https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad07dc.