Una gigantesca y antigua factoría de estrellas desafía las teorías sobre las galaxias

La Vía Láctea es capaz de formar una estrella al año, pero otra galaxia identificada ahora ‘fabrica’ unas 3.000 en ese mismo periodo de tiempo. Pero lo significativo de esta nueva gigantesca factoría estelar es que es la galaxia con formación estelar explosiva más distante conocida. Comenzó su producción masiva de estrellas cuando el universo era muy joven, con apenas un 6,5% de su edad actual.

Este hallazgo, publicado esta semana en Nature y en el que han participado el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), supone todo un desafío para las teorías que explican la formación y evolución de galaxias. Estas estiman que un objeto de estas características no debería existir tan pronto en la historia del universo.

En este, la luz viaja a través del tiempo. Un suceso –por ejemplo, la formación de una estrella- puede observarse desde La Tierra millones de años después de que ocurriera, debido a su distancia con respecto a nuestro planeta. La posibilidad de ver fenómenos ocurridos cuando el universo estaba prácticamente en pañales ha sido posible gracias a observatorios espaciales, como el Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA), que ha sido clave en esta investigación.

A través de las observaciones obtenidas por la cámara SPIRE de este observatorio, y dentro del proyecto Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES, en su acrónimo inglés), los investigadores detectaron una ‘mancha’ roja que despertó su curiosidad. Su extraña naturaleza quedó refrendada mediante observaciones posteriores con algunos de los mayores telescopios del mundo, incluidos el Gran Telescopio CANARIAS (GTC) y el Telescopio William Herschel desde el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma.

Esta es la conclusión a la que llegaron los investigadores: HFLS3 –así se llama la galaxia– es una enorme fábrica de estrellas en las que se transforma el polvo y el gas cósmico en nuevas estrellas.

Sobre el otro dato que relaciona a esta galaxia con la formación estelar explosiva más distante, el investigador del IAC Ismael Pérez Fournon y coautor del estudio explica: “La luz que observamos ahora ha viajado por el universo unos trece mil millones de años. La vemos como era en el universo muy joven, casi recién formado, 880 millones de años después del Big Bang”.

Aunque tiene una masa similar a la de la Vía Láctea, su enorme capacidad de producción estelar la convertirán rápidamente en una galaxia de masa similar a las galaxias más masivas conocidas en el universo actual, apuntan los científicos.

Un objeto enigmático

Un objeto cósmico de estas características constituye un enigma porque una galaxia tan masiva no debería existir en una etapa tan temprana del universo, según las teorías. La gran mayoría de las galaxias conocidas en esa época cósmica son mucho más pequeñas, menos pesadas –con masas de varios miles de millones la del Sol-, y forman sus primeras estrellas con ritmos varias veces el de la Vía Láctea en nuestros días, pero nunca al nivel de HFLS3.

Las galaxias mayores y más pesadas, las que pueden generar cantidades de estrellas similares a HFLS3, surgen a partir de la fusión de galaxias pequeñas y a la atracción de gas frío del espacio. Por ello, encontrar el momento en que se formaron las galaxias más masivas “es crítico para confrontar y mejorar los modelos de formación de galaxias”, señala Pérez Fournon.

"La tarea de descubrir los primeros ejemplos de estas enormes factorías de estrellas es comparable a la de buscar una aguja en una pajar, los datos de Herschel son extremadamente ricos pero hay que observar estas galaxias con muchos otros telescopios y técnicas avanzadas para entenderlas bien" comenta el astrofísico del IAC y profesor de la Universidad de La Laguna, que ha dirigido al resto de integrantes del estudio de ambas instituciones: Antonio Cabrera Lavers, Paloma Martínez Navajas, Alina Streblyanska y Patrizia Ferrero.

De los cientos de miles de galaxias detectados en el proyecto HerMES de Herschel, "esta galaxia llamó nuestra atención porque es muy roja en comparación con otras en las tres bandas de observación del instrumento SPIRE", comenta Dominik Riechers, el investigador de la Universidad de Cornell (EEUU) que ha liderado el proyecto.

Paloma Martínez Navajas, astrofísica residente del IAC, abunda en esta cuestión: "En este caso, el color rojo a longitudes de onda del infrarrojo lejano indica una distancia muy grande o, lo que es lo mismo, una edad muy pequeña del universo cuando la luz fue emitida hacia nosotros. Las observaciones que hemos realizado con algunos de los mayores y más avanzados telescopios del mundo han podido confirmar que HFLS3 es la galaxia con formación estelar masiva más distante conocida hasta la fecha".

Con estas observaciones el grupo de investigadores que ha participado en este estudio, 64 investigadores de 32 centros de investigación, ha podido estimar un ritmo de formación de estrellas altísimo a partir del brillo observado en el infrarrojo y ha determinado las propiedades extremas de esta galaxia. En el universo actual no existen galaxias similares.

El grupo del IAC, ULL y GTC ha contribuido al estudio de esta galaxia con observaciones en los telescopios GTC, WHT y con los radiotelescopios del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM): el de 30 metros en Sierra Nevada (Granada) y el Interferómetro de Plateau de Bure (Francia). Antonio Cabrera Lavers, astrónomo del GTC, que realizó parte de las observaciones con el instrumento OSIRIS del gran telescopio, comenta que estas observaciones "se encuentran entre las más profundas obtenidas hasta la fecha con GTC y demuestran su potencial para este tipo de estudios".