Astrónomos descubren una galaxia que no debería existir

Es un sistema estelar ultra distante que existía 400 millones de años después del Big Bang, y muestra la abundancia de materia oscura en el Universo recién nacido

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Había una vez una galaxia muy pero muy lejana, que existía cuando el Universo era muy pero muy joven, sólo 400 millones de años después del Big Bang.

Era una galaxia muy antigua, la más distante que ya se haya observado. Sus rayos de luz viajaron por el espacio durante más de 13 mil millones de años –el 96% de la edad del Universo, o tres veces la edad del Sistema Solar– hasta ser captados por los observatorios espaciales Hubble y Spitzer.

A esa galaxia tan alejada se la apodó Tainá, "recién nascida" en el idioma aimara de algunos pueblos andinos. El análisis de su luz reveló una galaxia muy joven y maciza, compacta y repleta de estrellas gigantes azuladas, una galaxia que no debería existir… o al menos no según el actual modelo de la evolución del Universo.

Pero contra los hechos y las imágenes no hay argumentos. Por eso mismo, y si bien Tainá no debería existir, existe. Por ende, la teoría es errónea, y parece entonces requerir ajustes, de acuerdo con el cosmólogo madrileño Alberto Molino Benito, posdoctorando del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG/ USP), en Brasil.

Molino colaboro con el trabajo publicado en The Astrophysical Journal. Su posdoctorado cuenta con el apoyo de la FAPESP y la supervisión por la cosmóloga Claudia Mendes de Oliveira, quien estudia la formación y la evolución de las galaxias.

Pese al poder tecnológico combinado del Hubble y del Spitzer, Tainá está tan lejos y es tan tenue que se vuelve invisible incluso para esos poderosos observatorios. “Para detectarla, nuestro grupo debió echar mano de técnicas sofisticadas como la de lente gravitacional”, un fenómeno previsto por Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad.

Según Einstein, la fuerza gravitacional que ejerce un cuerpo de gran masa, tal como un conglomerado de galaxias, distorsiona el espacio situado a su alrededor. Esta distorsión termina funcionando como una monstruosa lente virtual (o gravitacional), que desvía y amplifica la luz de objetos mucho más lejanos ubicados detrás del conglomerado que se observa.

“Nosotros oteamos el espacio en busca de conglomerados de galaxias macizos que puedan actuar como lentes gravitacionales, para lograr observar objetos que no deberíamos poder ver al ser tan tenues”, explica Molino. En este caso, los astrónomos se valieron del conglomerado gigante de galaxias MACS J0416.1-2403, que se encuentra a 4 mil millones de años luz de la Tierra. Este conglomerado tiene una masa de un millar de billones de soles. Esa masa descomunal funcionó como el zum de una cámara, y tornó 20 veces más brillante la luz de Tainá, ubicada exactamente detrás del conglomerado.

Una vez que Tainá fue detectada, era necesario determinar su distancia. Para calcularla, los astrónomos estudiaron su luz empleando un recurso denominado “desplazamiento hacia el rojo fotométrico”.

Éste funciona de la siguiente forma: cuanto más lejos se ubica un objeto astronómico, menor es la frecuencia de su luz que llega hasta nosotros. En otras palabras, más rojiza queda su luz. Así se calculó que Tainá quedaba a 13.300 millones de años luz de distancia de la Tierra. Su luz viajó durante todo ese tiempo para llegar hasta nosotros. Cabe decir que observamos Tainá tal como era hace 13.300 millones de años, cuando el Universo contaba tan sólo 400 millones de años.

Estrellas azules gigantes

La luz de un objeto lejano no informa únicamente su localización, su edad y su distancia. “Su estudio puede revelar el tamaño de la galaxia, su masa, cuántas estrellas posee y cuál es la proporción de estrellas jóvenes y ancianas en dicha población estelar. Cuantas más estrellas jóvenes, azules y brillantes posea la galaxia, más joven será”, explica Molino.

En el caso de Tainá, se trata de una galaxia repleta de estrellas gigantes azules muy jóvenes y brillantes, listas para explotar en formidables supernovas y transformarse en agujeros negros. Con respecto a su tamaño, Tainá era similar a la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia deforme que es un satélite de nuestra Vía Láctea.

“Cuatrocientos millones de años es muy poco tiempo para la existencia de una galaxia tan bien formada”, dice Molino. “Los modelos más recientes de la evolución del Universo apuntan hacia el surgimiento de las primeras galaxias cuando éste ya era bastante más grande”. Por bastante más grande, Molino entiende un Universo adolescente de mil millones de años, y no uno recién nacido de 400 millones.

Sólo existe una explicación para la existencia de Tainá, la más antigua entre las otras 22 galaxias muy tenues detectadas durante el estudio. “Sólo podrían haberse formado tan rápidamente luego del Big Bang si la cantidad de materia oscura en el Universo fuese mayor de lo que creemos”, pondera el cosmólogo.

La materia oscura es un tipo de materia que compone el 80% de la masa del Universo. Es decir, hay cinco veces más materia oscura que la masa de las cien mil millones de galaxias del Universo observable. El problema reside en que esta materia, tal como su nombre lo indica, es oscura, o sea, es invisible, o mejor dicho, es desconocida. No sabemos de qué está hecha. Se trata de una de las cuestiones más cruciales de la cosmología actual.

Existen varias teorías que explican qué sería la materia oscura. Sin embargo, como ésta no interactúa con la luz, no logramos verla ni tampoco conocer su sustancia. Se sabe únicamente que la materia oscura existe debido a su acción gravitacional sobre las galaxias. Si no fuese por la materia oscura, las galaxias hace mucho que se habrían hecho añicos. Sin materia oscura, el Universo no sería tal como lo conocemos. Quizá ni siquiera existiésemos.

“La única explicación para que Tainá exista y sea como era cuando el Universo tenía 400 millones de años es gracias a la materia oscura, que habría acelerado el movimiento de conglomeración de estrellas para concretar la formación de las primeras galaxias”, explica Molino. “Si existe más materia oscura, las galaxias pueden formarse más rápido.”

No es posible investigar más a fondo a Tainá y sus hermanas protogalaxias en el Universo recién nacido, dado que la tecnología disponible se ha utilizado hasta su límite. “Para saber más, para visualizar mejor las primeras galaxias e inferir la acción de la materia oscura, deberemos esperar hasta 2018, cuando será lanzado el sucesor del Hubble, el telescopio espacial de nueva generación James Webb”, dice Molino.

El James Webb poseerá un espejo de 6,5 metros de diámetro, mucho mayor que los 2,4 metros del Hubble. Ese aumento de tamaño se traduce en aumento de agudeza. Molino y sus colegas cuentan con la sensibilidad del futuro telescopio espacial para seguir contando galaxias distantes y formar el mayor banco de datos tridimensional del Universo. “Sólo así podremos confirmar cómo se procesó la formación y la evolución del Universo.”

Puede leerse el artículo intitulado Young Galaxy Candidates in the Hubble Frontier Fields, de Leopoldo Infante y otros, publicado en The Astrophysical Journal (DOI: 10.1088/0004-637X/815/1/18), en la siguiente dirección: arxiv.org/abs/1510.07084.