Columna de Astronomía | La formación de las primeras galaxias y sus secretos

Aunque soy un astrónomo, cada vez que pienso en la teoría del big bang (la teoría real, y no el famoso programa de televisión) me sigo sorprendiendo. Esta teoría es la mejor explicación que tenemos para el origen del universo. Ella dice que éste comenzó como una singularidad que se ha estado expandiendo por los últimos 13.800.000 años. La teoría está restringida por los requerimientos que explican la expansión cósmica de Hubble, la omnipresente radiación de microondas del fondo cósmico y la abundancia relativa de los elementos primordiales como son hidrógeno, helio y litio.

Basado en lo que conocemos hasta ahora, el universo joven probablemente no tenía rasgos distintivos y fue totalmente oscuro los primeros 100 millones de años después del big bang. Si bien se cree que las primeras estrellas se formaron en esta era, se cree que al universo le tomó otros casi mil millones de años tener estructuras más grandes, como galaxias, y que fueran comunes a través del cosmos.

Afortunadamente, la combinación de la edad finita del universo y de la velocidad finita de la luz crean una máquina del tiempo cósmico. En otras palabras, cuanto más lejos miramos en distancia, más atrás en el tiempo miramos lo que nos, permite estudiar el universo tal como era en el pasado. Por ejemplo, la luz que podemos ver de una galaxia débil como Tayna, que se encuentra a unos 13.400 millones de años luz de distancia, en realidad se generó sólo 400 millones de años después del big bang. Por supuesto, 400 millones de años parece una gran cantidad de tiempo para nosotros, pero en realidad es un lapso muy corto para que el difuso gas intergaláctico colapse y logre formar estrellas jóvenes que generan la luz emitida por galaxias como Tayna.

Desafortunadamente los instrumentos actuales todavía no son capaces de observar directamente donde nacen las primeras estrellas, pero nos estamos acercando cada vez más. A partir de datos obtenidos de las observaciones de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, en la última década hemos sido testigos del descubrimiento de galaxias, aparentemente, cada vez más jóvenes, empujando así lentamente el velo del universo primitivo.

El observatorio ALMA recientemente ha comenzado a hacer detecciones de galaxias distantes como la A1689-zD1 y la A2744-YD4. Ellas emiten principalmente luz infrarroja, lo que implicaría que las primeras supernovas contaminaron mucho dichas galaxias con moléculas complejas. Se están realizando búsquedas adicionales con ALMA para tratar de entender las recientes detecciones y, en última instancia, para comprender cómo las primeras estrellas se forman y afectan a sus galaxias.

Sin embargo, el salto más fundamental en nuestra comprensión de las primeras estrellas se espera tras el lanzamiento a finales de 2018 del telescopio espacial James Webb (JWST). Este gran telescopio será siete veces más sensible que Hubble y estará optimizado para observaciones en el infrarrojo. Esto es muy importante, porque la luz de las primeras estrellas y galaxias tiene un fuerte desplazamiento al rojo –debido a la expansión cósmica–, desde las longitudes de onda visibles hasta las infrarrojas. Por lo tanto, el JWST permitirá estudiar galaxias más pequeñas y más jóvenes que las que puede detectar el Hubble. Lograr observar estos sistemas más débiles –o los primeros bloques que permiten la construcción de las galaxias–, posibilitando así responder a preguntas tales cómo las primeras galaxias se formaron y cómo se unieron, a su vez, en las galaxias más grandes que vemos hoy.