¿Cómo se formaron las galaxias más grandes del universo? La pregunta es mucho más compleja de lo que podría pensarse en un inicio. Si nos fijamos en el universo a nuestro alrededor, veremos una gran variedad de galaxias. Pero también un intrigante dilema…

Las galaxias más grandes: las galaxias elípticas

¿Cómo se formaron las galaxias más grandes?
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La galaxia elíptica M87.
Crédito: Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO

En el universo moderno, es decir, a nuestro alrededor a unas pocas centenas de millones de años-luz, podemos observar todo tipo de galaxias. Galaxias enanas, irregulares, espirales… y elípticas. Estas últimas son una incógnita en sí mismas. Son las galaxias más masivas, formadas por la mayor cantidad de estrellas. Pero casi todas sus estrellas son viejas. Eso nos cuenta una historia que no parece tener una explicación demasiado sencilla.

Las antecesoras de esas galaxias elípticas debieron formar multitud de estrellas muy rápido. Después, se detuvieron por algún motivo. Por suerte, cuanto más lejos miramos en el espacio, más lejos vemos en el pasado. Así que, en los lugares más lejanos del universo podemos ver los infantes de lo que, en la actualidad, son las galaxias más grandes. Así que los astrónomos pueden observar una galaxia a 12 000 millones de años-luz.

Ese es el tiempo que ha necesitado la luz para viajar desde allí hasta nuestra Vía Láctea. Por lo que las vemos tal y como eran hace 12 000 millones de años. Es decir, tal y como eran cuando el universo era mucho más joven que en la actualidad. Ni siquiera había cumplido 2 000 millones de años. Es una especie de trabajo de arqueología. A medida que observamos galaxias en diferentes distancias (y por tanto, momentos) podemos reconstruir la historia del universo.

En busca de la formación de las galaxias más grandes

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Esta imagen en falso color muestra la ampliación de una de las galaxias «tranquilas» que han observado en el universo joven.
Crédito: NAOJ

Eso es, precisamente, lo que ha hecho un grupo de investigadores. Han utilizado diferentes telescopios para buscar galaxias a 12 000 millones de años-luz. Entre las diferentes galaxias observadas, han encontrado algunas muy grandes y tranquilas. Es decir, galaxias masivas que no muestran estar en fase de formación de estrellas. Son, probablemente, las precursoras de las galaxias elípticas que vemos en la actualidad y que son las galaxias más grandes del universo.

Es sorprendente descubrir que ya había galaxias maduras cuando el universo era mucho más joven. Para poder recopilar más información, los investigadores utilizaron el telescopio Subaru para analizarlas en el espectro del infrarrojo cercano. Se centraron en las 5 galaxias más masivas y brillantes que habían detectado a 12 000 millones de años-luz. Los resultados muestran que esas galaxias eran muy compactas. Apenas tenían el 2% del tamaño de la Vía Láctea.

Es decir, no medían más de unos 3 000 años-luz. Sin embargo, en ese espacio tan pequeño concentran casi tanta masa como las galaxias que podemos observar a nuestro alrededor. Así que, para convertirse en las galaxias más grandes, deben aumentar su tamaño 100 veces. Pero su masa debe aumentar mucho menos para igualar lo que vemos a nuestro alrededor. Tan solo necesitan multiplicar su masa por 5. ¿Cómo podemos explicarlo?

Comparando el universo moderno con el viejo

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Este gráfico muestra la evolución de las galaxias más grandes a lo largo de la historia del universo. Muestra cómo evolucionarían en función a colisiones grandes (Major merger) o pequeñas (Minor merger).
Crédito: NAOJ

El equipo de investigadores ha recurrido a diferentes modelos y a las observaciones que han hecho. Así, han llegado a la conclusión de que el desarrollo de las galaxias más grandes podría explicarse por su crecimiento. Tradicionalmente, las galaxias elípticas se forman a partir de la colisión de dos grandes galaxias. Pero es posible que en este caso el origen no esté en grandes colisiones. En su lugar, sería el producto de muchas colisiones menores.

Es decir, las galaxias más grandes aumentaron de tamaño a medida que chocaban con galaxias enanas a su alrededor. Las implicaciones son muy intrigantes y podrían ayudar a los astrónomos a comprender cómo se formaron las galaxias más grandes cuando el universo era mucho más joven. Sin embargo, parece que vamos a tener que esperar unos años para poder comprender mejor cómo tuvo lugar ese desarrollo.

Porque, en palabras de los propios investigadores, los telescopios actuales están en el límite de su resolución. Es decir, hace falta que entren en funcionamiento los telescopios de nueva generación para poder verlo todo con más detalle. Esperan que esos telescopios, como el de Treinta Metros, permitan estudiar la estructura y características de estas galaxias tan lejanas. Con telescopios como James Webb, podrán observar incluso más lejos. La misión por comprender el origen del cosmos continúa…

El estudio es M. Kubo, M. Tanaka, K. Yabe et al; «The rest-frame optical sizes of massive galaxies with suppressed star formation at z~4». Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 25 de octubre de 2018. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Phys.org