El supertelescopio ALMA detecta por primera vez el gas que alimentó a las galaxias primitivas

En los albores del universo, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, comenzaron a formarse las primeras galaxias. En el interior de estos sistemas jóvenes, las estrellas nacieron a partir de vastas reservas de gas frío, construyendo poco a poco las estructuras cósmicas que observamos en la actualidad. Comprender la naturaleza de este gas es fundamental para explicar cómo crecieron los primeros sistemas galácticos. Sin embargo, rastrear directamente su componente neutro ha sido uno de los mayores desafíos de la astronomía moderna debido a las enormes distancias.

Ahora, un equipo internacional de científicos liderado por la Universidad de Chiba (Japón) ha logrado superar este obstáculo. En un estudio publicado este lunes en The Astrophysical Journal, los investigadores informan de la detección directa más lejana hasta la fecha de este gas neutro en galaxias típicas de formación estelar, abriendo una ventana inédita al combustible que originó el universo temprano.

Para lograrlo, el equipo apuntó el Gran Arreglo Milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA), ubicado en Chile, hacia cuatro galaxias típicas observadas cuando el universo tenía apenas entre 700 y 800 millones de años. La clave del éxito radicó en captar una señal emitida por los átomos de oxígeno neutro, que actúa como un trazador inequívoco del gas que alimenta la creación de estrellas.

El reto de esquivar la interferencia del gas ionizado

Hasta la fecha, los telescopios espaciales más avanzados, como el James Webb (JWST) o el Hubble, podían observar las estrellas y el gas caliente e ionizado de estas galaxias primitivas con una claridad asombrosa, pero eran incapaces de detectar de forma directa el gas neutro. Señales utilizadas habitualmente en radioastronomía, como la línea de emisión de carbono, presentan el inconveniente de que pueden proceder tanto de regiones neutras como ionizadas, lo que dificulta interpretar con exactitud la masa real del combustible disponible.

«Nuestros resultados representan la detección directa más distante de gas neutro en galaxias típicas de formación estelar hasta la fecha», explica Yoshinobu Fudamoto, profesor asistente en el Centro de Ciencias de la Frontera de la Universidad de Chiba e investigador principal del estudio. «Este análisis desbloquea el enorme valor de las observaciones ya existentes, permitiendo usarlas como una sonda fiable del gas neutro en el universo primitivo».

Para asegurar que la señal procedía exclusivamente de los criaderos de estrellas, el equipo combinó los datos de ALMA con observaciones del JWST y analizó de forma complementaria la línea de emisión que solo se genera en presencia de gas ionizado. Al comprobar que esta última señal era extremadamente débil o inexistente en las cuatro galaxias, los científicos pudieron confirmar que la inmensa mayoría de la emisión captada correspondía, efectivamente, a gas neutro.

Fábricas de estrellas hiperdensas y compactas

Gracias a la combinación de las señales, los astrofísicos pudieron modelar las condiciones físicas del gas en estas galaxias primigenias. Los resultados del análisis revelaron un escenario sorprendente: las densidades del gas eran extraordinariamente altas, comparables a las que se observan hoy en día en las galaxias con brotes estelares (starburst), que se cuentan entre los sistemas con la actividad de nacimiento astral más violenta del cosmos.

Sin embargo, a pesar de esa enorme densidad, los investigadores descubrieron que la intensidad del campo de radiación era moderadamente más baja que en los brotes estelares modernos. Esto dibuja un retrato de las galaxias primitivas como fábricas de estrellas muy compactas, densas y eficientes, capaces de acumular una cantidad masiva de materia prima sin llegar a destruirla rápidamente por la radiación de sus propias estrellas recién nacidas.

«Nuestro trabajo consolida la línea de emisión como una herramienta sumamente eficaz para estudiar un componente gaseoso que hasta ahora se nos escapaba en el universo primitivo», añade Akio K. Inoue, investigador de la Universidad de Waseda y coautor del trabajo, quien destaca que esto «abre una nueva ventana para estudiar el combustible que se esconde detrás de la formación de los astros».

Hacia el mapa definitivo del amanecer cósmico

Este hallazgo no solo resuelve un problema técnico de la astrofísica observacional, sino que establece las bases para los próximos grandes censos de galaxias lejanas. El éxito de la metodología demuestra el potencial de combinar la sensibilidad milimétrica de ALMA con la agudeza óptica e infrarroja del espacio.

De cara al futuro, el equipo ya planea expandir estas observaciones a una muestra mucho más amplia de objetos celestes. El objetivo final es ambicioso: trazar la evolución del gas cósmico a lo largo de la historia evolutiva de la mano de los principales observatorios del mundo.

«Queremos construir una imagen exhaustiva de cómo las galaxias se formaron y evolucionaron desde el amanecer cósmico hasta el día de hoy», concluye Fudamoto. «La investigación básica de este tipo responde a una de las preguntas más fundamentales de la humanidad: cómo el universo, y nuestra propia Vía Láctea, llegaron a ser lo que son hoy».