La anatomía de una 'serpiente cósmica' revela la estructura de galaxias distantes

Los investigadores aún no comprenden del todo los mecanismos fundamentales que regulan la formación de estrellas en las galaxias, desde la materia interestelar hasta las nubes difusas distribuidas en el espacio, cuya contracción gravitacional conduce al nacimiento de estrellas dentro de grandes grupos estelares. Pero las observaciones de galaxias distantes han cuestionado el tamaño y la masa de estos viveros estelares distantes que, en gran medida superan a los de sus contrapartes locales.

Ahora, un equipo internacional de astrofísicos dirigido por las Universidades de Ginebra (UNIGE), Suiza --para las observaciones-- y Zurich (UZH) --para las simulaciones-- ha abordado esta inconsistencia, que parece cuestionar el conocimiento de la formación de estrellas cuando se estudia el Universo temprano, y han encontrado las primeras respuestas gracias a la observación de la 'serpiente cósmica'. Su estudio se publica en la revista 'Nature Astronomy'.

El estudio de la formación de estrellas se basa en el trabajo coordinado de varios equipos internacionales que realizan observaciones en diferentes escalas. El Telescopio Espacial Hubble, cuando apunta hacia las galaxias, estudia en detalle objetos muy distantes cuando el Universo era mucho más joven, es decir, muy lejos de la Tierra tanto en el tiempo como en el espacio.

Estas observaciones han desencadenado un debate inesperado entre los astrónomos. Se cuestionan si, en el pasado distante, la formación estelar estaba gobernada por diferentes leyes o condiciones físicas. Esto es lo que aparentemente sugirieron los datos del Telescopio Espacial Hubble cuando las observaciones de galaxias distantes revelaron la presencia de regiones gigantes de formación estelar, grupos de gas y estrellas que alcanzan tamaños de hasta 3.000 años luz, mil veces más grandes que los observados en el Universo cercano. Y estos grupos gigantes, intrigantemente, parecían estar omnipresentes en las galaxias de alto desplazamiento hacia el rojo.

LA NECESIDAD DE UN TELESCOPIO GRAVITACIONAL

La distancia que separa la Tierra de estos objetos impide su observación detallada, pero los astrónomos han superado esta dificultad explotando las denominadas 'lentes gravitacionales', un método que ofrece el Universo mismo y las leyes que lo rigen.

El telescopio apunta hacia la dirección de un objeto extremadamente masivo capaz de desviar con su campo gravitatorio la trayectoria de la luz proveniente de una galaxia más distante ubicada detrás de ella. La luz es desviada por el objeto masivo, creando así imágenes múltiples y amplificadas de la galaxia. En este caso, los astrónomos han apuntado el Hubble hacia una enorme lente gravitacional que genera varias imágenes estiradas, combadas y casi superpuestas de la galaxia, creando una verdadera 'serpiente cósmica' en el cielo.

"La imagen amplificada es más precisa, luminosa y permite observar detalles hasta 100 veces más pequeños", explica el autor principal del estudio, Antonio Cava, becario de Investigación y Enseñanza en el Departamento de Astronomía de UNIGE.

El hecho de que la imagen de la galaxia fuente se repita cinco veces con diferentes resoluciones espaciales permite, por primera vez, realizar una comparación directa y establecer la estructura intrínseca y el tamaño de los cúmulos gigantes observados. Lejos de concluir que diferentes leyes se mantienen en el Universo joven y distante, el equipo internacional de astrónomos dirigido por UNIGE, que incluye investigadores del CNRS, las Universidades de Zurich y Lyon y la Universidad Complutense de Madrid, descubrió que los grupos gigantes no son, en realidad, tan grandes y masivos, tal y como sugerían anteriores observaciones realizadas con el Hubble, sino que son intrínsecamente más pequeños o están compuestos por componentes pequeños múltiples y no resueltos, algo que no fue posible probar directamente hasta el momento.

Los investigadores apoyan así las simulaciones desarrolladas por Valentina Tamburello, del Instituto de Ciencias Computacionales de UZH. Coautora del estudio, Tamburello destaca que gracias a la "resolución increíblemente alta de la 'serpiente cósmica", pudieron comparar sus cálculos con las observaciones de UNIGE y confirmar su coincidencia. "Fue una suerte increíble para nosotros", expresa.

Este es un paso importante hacia la comprensión de los mecanismos fundamentales que impulsan la formación de estrellas en galaxias distantes, incluso si no explica completamente algunas de las diferencias observadas con respecto a las galaxias locales. "Hemos reducido las diferencias entre lo que observamos en el Universo cercano y en las galaxias distantes de un factor de 1.000 a un factor de 10", destaca Daniel Schaerer, profesor del Observatorio de Ginebra.