Cuando el universo tenía apenas mil millones de años, menos del 10% de su edad actual, comenzaron a formarse las primeras galaxias. ¿Cómo eran estas estructuras primigenias? ¿Qué ingredientes las componían? ¿Cómo interactuaban el gas, el polvo y las estrellas en su interior?
Durante décadas, estas preguntas no tenían respuestas claras. Pero hoy, gracias a una investigación liderada desde Chile, un equipo internacional de astrónomos está comenzando a descifrar la infancia del universo a través de una radiografía sin precedentes de esas primeras galaxias.
“Hemos logrado observar cómo se distribuyen e interactúan las estrellas, el polvo y el gas en una muestra de las primeras galaxias que se formaron en el cosmos”, explica Rodrigo Herrera-Camus, director del Núcleo Milenio de Galaxias (Mingal) y astrónomo de la Universidad de Concepción, quien encabezó la investigación.
ALMA, Hubble y Webb: una alianza para mirar el pasado
Por primera vez, y gracias al observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), fue posible estudiar el gas frío de estas galaxias, es decir, la materia prima para formar estrellas.
“Descubrimos que estas galaxias jóvenes tenían estructuras complejas, presentan vientos galácticos que expulsan gas desde sus discos, y contienen más polvo cósmico y metales de lo que se esperaba”, detalla Herrera-Camus.
Estas observaciones desafían los modelos actuales de formación galáctica y abren nuevas rutas para explorar el universo primitivo.
“Tenemos un nuevo retrato de familia de la evolución temprana de las galaxias”, añade el astrónomo. “ALMA nos permitió observar el gas frío y el polvo cósmico, mientras que los telescopios espaciales Hubble y James Webb revelaron las poblaciones de estrellas jóvenes y más antiguas”.
Proyecto CRISTAL: un censo galáctico sin precedentes
Esta radiografía del universo temprano, conocida como Proyecto CRISTAL, logró realizar el primer censo detallado del gas, polvo y estrellas en galaxias que existieron cuando el cosmos tenía entre 1.000 y 1.500 millones de años.
El hito fue posible gracias a la combinación de datos del observatorio ALMA, ubicado en el norte de Chile, y los telescopios espaciales James Webb y Hubble.
“Estos descubrimientos nos permiten reconstruir el ecosistema interno de las primeras galaxias y entender cómo evolucionaron hasta formar galaxias como la Vía Láctea”, señala Herrera-Camus, Ph.D. en Astrofísica por la Universidad de Maryland.
El programa CRISTAL es el primer Large Program de ALMA desde su creación hace una década, y fue dirigido desde Chile. En él participan más de 40 astrónomos de todo el mundo, entre ellos los chilenos Manuel Aravena (Universidad Diego Portales) y Jorge González-López (Pontificia Universidad Católica), además del Premio Nobel de Física 2020, Reinhard Genzel.
Hacia una nueva era en la exploración del cosmos
Actualmente, el equipo continúa analizando nuevas observaciones del telescopio James Webb, que permiten estudiar en mayor profundidad las propiedades del gas caliente que rodea a las estrellas y los elementos químicos presentes en su composición.
“Estas nuevas imágenes nos permiten comprender mejor la física de estas galaxias primitivas”, destaca Herrera-Camus.
Gracias a su capacidad de observación en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, ALMA ha abierto una nueva era para el estudio de la formación y evolución galáctica, con una resolución del orden de un kilopársec (unos 3.260 años luz).
CRISTAL Large: el próximo gran paso
El equipo propone llevar adelante el programa CRISTAL Large, que busca cumplir uno de los objetivos científicos originales de ALMA: observar galaxias tempranas a través de la emisión de la línea espectral [CII] con una resolución sin precedentes.
Este nuevo programa se enfocará en 19 galaxias representativas de una era donde el universo tenía menos de 1.500 millones de años, y abarcará un amplio rango de masas estelares.
El objetivo es generar mapas cinemáticos y morfológicos del gas frío, tanto en el interior como en las regiones periféricas de estas galaxias jóvenes, revelando los procesos que moldearon el cosmos que habitamos hoy.
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