Los astrónomos han identificado una galaxia espiral que se parece sorprendentemente a la Vía Láctea durante un período del universo en el que no se esperaba que existieran tales sistemas organizados. Dos investigadores de la India observaron esta galaxia inusualmente evolucionada sólo 1.500 millones de años después del Big Bang, un período que pone en duda ideas arraigadas sobre el crecimiento de las galaxias.
Esto fue posible gracias al telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA, que puede detectar luz extremadamente tenue y distante. Con su poderosa visión infrarroja, los investigadores Rashi Jain y Yogesh Wadadekar observaron un sistema que se parece mucho a la Vía Láctea, aunque se formó cuando el universo tenía aproximadamente una décima parte de su edad actual. Llamaron a la galaxia Alkananda, inspirado en un río del Himalaya que es una de las corrientes gemelas del Ganges junto al Mandakini, un nombre que también podría ser la palabra hindi para Vía Láctea.
El trabajo se llevó a cabo en el Centro Nacional de Radioastrofísica, Instituto Tata de Investigación Fundamental (NCRA-TIFR) en Pune, India, y los resultados se publicaron en el European Journal of Astronomía y Astrofísica.
¿Por qué esta galaxia no debería existir tan pronto?
Los astrónomos suelen esperar que las galaxias primitivas sean caóticas e irregulares en lugar de estructuradas y estables. Se cree que las galaxias espirales clásicas con dos brazos bien formados (conocidas como espirales de “gran diseño”) necesitan miles de millones de años para desarrollarse por completo. La formación de tales galaxias va acompañada de una lenta y estancada acumulación de gas, la sedimentación de ese gas en un disco giratorio y el aumento de ondas de densidad que forman los brazos espirales. Además, el sistema debe evitar grandes colisiones que puedan alterar o destruir su delicada estructura.
Alkananda no encaja en absoluto en este patrón. Ya exhibe dos brazos prominentes y amplios que rodean un brillante bulto central, que se extiende por unos 30.000 años luz. Está formando estrellas a un ritmo excepcional, produciendo alrededor de 60 masas equivalentes al sol por año. Esa velocidad es aproximadamente 20 veces más rápida que la Vía Láctea actual. Aproximadamente la mitad de las estrellas de Alkananda parecen haberse formado en sólo 200 millones de años, lo que es extremadamente rápido en escalas de tiempo cósmicas.
“Alkananda tiene la madurez estructural que asociamos con galaxias de miles de millones de años”, dice Rashi Jain. “Encontrar un disco espiral tan bien organizado a esta edad nos dice que los procesos físicos que impulsan la formación de galaxias (acreción de gas, estabilización del disco y posiblemente el desarrollo de ondas de densidad espiral) pueden operar mucho más eficientemente de lo que predicen los modelos actuales. Nos obliga a repensar la estructura”.
Cómo las lentes gravitacionales ayudaron a revelar Alkananda
Alkananda aparece hacia un cúmulo de galaxias masivo conocido como Abel 2744 o Cúmulo de Pandora. La gravedad del cúmulo dobla y estira la luz de las galaxias detrás de él, un efecto llamado lentes gravitacionales. Este aumento natural hizo que Alkananda fuera casi dos veces más brillante, lo que le dio al JWST una visión más clara de su estructura en espiral.
Para estudiar la galaxia en profundidad, Jain y Wadadekar examinaron imágenes JWST tomadas a través de 21 filtros diferentes, cada uno de los cuales capturaba una parte diferente de su luz. Estas observaciones, parte de los estudios UNCOVER y MegaScience de JWST, permitieron a los investigadores determinar la distancia de la galaxia, la cantidad de polvo que contiene, cuántas estrellas ha formado y cómo su tasa de formación estelar ha cambiado con el tiempo con una precisión inusual.
Un universo que creció más rápido de lo esperado
JWST ya ha revelado varias galaxias de disco sorprendentemente maduras a grandes distancias, pero Alkananda se destaca como uno de los ejemplos más claros de una espiral clásica de gran diseño (una galaxia con dos brazos simétricos y bien definidos). Su existencia se suma a la creciente evidencia de que el universo primitivo era mucho más avanzado de lo que los científicos alguna vez pensaron.
“Alkananda revela que el universo primitivo era capaz de ensamblar galaxias mucho más rápido de lo que esperábamos”, dijo Yogesh Wadadekar. “De alguna manera, esta galaxia ha logrado reunir decenas de miles de millones de masas solares y organizarlas en un hermoso disco espiral en sólo unos pocos cientos de millones de años. Esto es extraordinariamente rápido según los estándares cosmológicos, y está obligando a los astrónomos a repensar cómo se forman las galaxias”.
Los investigadores ahora quieren entender qué causó los brazos espirales de Alkananda. Una idea es que el flujo constante de gas frío permite que las ondas de densidad den forma natural a los brazos. Otra posibilidad es que una pequeña galaxia compañera haya pasado lo suficientemente cerca como para desencadenar el patrón espiral, aunque estas espirales de marea suelen desvanecerse rápidamente. Las observaciones de seguimiento utilizando los instrumentos espectroscópicos de JWST o el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) de Chile pueden revelar si el disco gira suavemente (dinámicamente “frío”) o muestra signos de turbulencia (dinámicamente “caliente”), proporcionando pistas sobre su formación.
Qué significa este descubrimiento para comprender la historia cósmica
Alkananda es más que una imagen fascinante del pasado lejano. Su presencia obliga a los astrónomos a reevaluar la línea de tiempo de la evolución cósmica, incluido cómo surgieron las estrellas, las galaxias y, finalmente, planetas como la Tierra. Si las galaxias pudieran organizarse tan rápidamente, entonces el universo primitivo era un entorno mucho más activo y productivo de lo que se pensaba anteriormente, lo que potencialmente permitiría que los sistemas planetarios surgieran antes de lo esperado.
A medida que JWST se adentra más en el espacio y el tiempo, es probable que se encuentren más galaxias como Alkananda, lo que proporcionará nuevos conocimientos sobre la rapidez con la que cada universo formó estructuras complejas.
La existencia de Alcananda refuerza el hecho de que el universo joven era capaz de formar sistemas estables dominados por discos mucho antes de lo que creían los científicos, lo que la convierte en una de las galaxias espirales de gran diseño más distantes jamás identificadas.
