El origen de las galaxias: proyecto científico buscará pistas sobre la historia del cosmos

 Cuando pensamos en galaxias, las imaginamos como discos de estrellas girando en el espacio, sin embargo, la realidad es otra. 

Las galaxias viven en vecindarios cósmicos que se agrupan en cientos de otras galaxias unidas por la gravedad, llamados cúmulos de galaxias. 

Estos cúmulos masivos suelen tener una galaxia dominante, con un agujero negro supermasivo en su núcleo.

Estos agujeros negros, no son solo una especie de aspiradoras que absorben todo lo que está a su alrededor, también liberan plasma a velocidades cercanas a la de la luz, lo cual genera la capacidad de calentar y mover el gas que los rodea; un gas que está a millones de grados de temperatura y emite rayos X, formando una especie de ballet cósmico, donde la materia y la energía se entrelazan para dar forma a las galaxias.

Este fenómeno ha generado una incógnita para la astronomía, dado que cuando se ha estudiado esta composición química de gas caliente, se ha descubierto que la mezcla de elementos es muy parecida a la que tiene nuestro Sol. A esto se le conoce como la “paradoja solar”.

Desde la Universidad de Santiago, la Dra. Valeria Olivares, académica del Departamento de Física, lidera un proyecto Fondecyt Regular que busca entender por qué ocurre esta paradoja y qué procesos físicos y químicos están detrás de ella.

Su investigación propone desentrañar cómo el gas caliente en el centro de los cúmulos adquiere esa composición tan parecida a la del Sol, y cómo estas interacciones afectan la formación y evolución de galaxias como la nuestra, la Vía Láctea.

“Resolver este enigma nos ayudaría a comprender mejor la historia química de las galaxias. En ese sentido, lo que busca este proyecto es entender la formación y evolución de las galaxias y los efectos que tienen fenómenos como la actividad de los agujeros negros supermasivos en su desarrollo”, explica la Dra Olivares. 

Este misterio cobra aún más relevancia con los descubrimientos recientes del telescopio espacial James Webb, que ha encontrado galaxias muy masivas y ricas en metales en un universo joven, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, un periodo muy corto, si se considera la edad del universo.

Estos hallazgos desafían los modelos actuales de formación galáctica y abren nuevas preguntas sobre los procesos que permitieron su rápido crecimiento.

 “Si logramos entender cómo funcionan estos entornos en el universo cercano, podemos encontrar pistas sobre cómo se formaron esas galaxias tan grandes y ricas en metales tan temprano en la historia del cosmos, lo cual nos ayudaría a conocer más la historia del universo”, comenta.

Para lograrlo, el proyecto aprovechará observaciones en distintas longitudes de onda y tecnologías de última generación, combinando información que no puede obtenerse con un solo instrumento. Para estudiar el gas caliente que rodea a estas galaxias, se utilizarán satélites de rayos X como Chandra y XMM-Newton, que orbitan fuera de la atmósfera terrestre, ya que la radiación de rayos X es bloqueada por la atmósfera.

Estos satélites pueden ver el gas a temperaturas de millones de grados y revelar qué elementos químicos contiene gracias al análisis de su luz. Además, se contará con el nuevo satélite XRISM, que permitirá medir con mucha más precisión y detalle la composición química de este gas, identificando elementos como hierro, oxígeno o silicio, fundamentales para entender su historia.

Por otro lado, para estudiar las galaxias centrales y sus poblaciones estelares se utilizará el instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope (VLT) en la Región de Antofagasta, uno de los observatorios más potentes del mundo. Este instrumento permite descomponer la luz de las galaxias como si fuera un arcoíris extremadamente detallado, lo que posibilita analizar qué metales contienen sus estrellas y cómo se mueven dentro de la galaxia.

Al comparar la composición química del gas caliente con la de las estrellas, el equipo podrá reconstruir esta historia, aprovechando las condiciones únicas del cielo chileno para entender cómo se mezclan y se enriquecen estos componentes, obteniendo así pistas sobre los procesos que dieron forma a galaxias como la Vía Láctea. 

“Chile tiene un rol clave en este proyecto. Nuestros cielos son de los más limpios del mundo, y el VLT en el norte del país es una herramienta fundamental para hacer este tipo de observaciones. Vamos a poder comparar la composición química del gas caliente con la de las estrellas en la galaxia central, para ver cómo se alimentan y se enriquecen mutuamente”, detalla Valeria Olivares. 

Grupos de galaxias pequeñas 

El proyecto también pondrá especial atención en los grupos de galaxias más pequeños, donde las interacciones y fusiones de galaxias son mucho más frecuentes. A diferencia de los cúmulos masivos, en estos grupos, las galaxias tienen menos espacio entre ellas, lo que facilita los encuentros, las fusiones y la mezcla de gas y metales que pueden dar origen a nuevas estrellas. 

“Estos choques e interacciones pueden desplazar el gas, enfriarle, formar nuevas estrellas o incluso alimentar al agujero negro central. 

Todo ello deja huellas en la composición química del sistema. Comprender estos procesos nos permitirá tener una visión mucho más completa de cómo se forman y evolucionan las galaxias, incluida la Vía Láctea.”, explica la investigadora. 

Además de la investigación científica, el proyecto busca formar nuevas generaciones de astrónomos, ya que contempla la participación de estudiantes de pregrado y postgrado, quienes participan en la reducción y análisis de datos y en el diseño de las observaciones. 

“Para mí es muy importante que esto no sea solo un avance en conocimiento, sino también una oportunidad para formar a estudiantes.

 Queremos dejar un legado que permita seguir investigando estas preguntas y que fortalezca la astronomía en Chile”, concluye la investigadora.