galaxias del universo temprano

Una ciudad vieja que se rodea de nuevos suburbios. En el centro, calles estrechas donde la vida casi se ha detenido, y en las afueras, un bullicio de construcción. Así es una galaxia espiral cuyo núcleo alberga estrellas que envejecieron hace tiempo, mientras que en el disco exterior aún nacen otras nuevas.

El cielo nocturno parece negro, pero si se eliminan las estrellas y se acumula luz durante mucho tiempo, aparece un resplandor tenue: la luz sumada de todas las galaxias que han nacido a lo largo de 13,8 mil millones de años. Los astrónomos lo llaman luz extragaláctica de fondo.

Cuando en una galaxia nacen estrellas, hacen que el hidrógeno brille, como un letrero de neón, pero a escala cósmica. Esa luz podría decirnos mucho sobre cuántas estrellas están apareciendo, pero en su camino hacia nosotros atraviesa polvo cósmico. El polvo es como un vidrio empañado: amortigua y cambia el color del resplandor.

El universo se asemeja a un enorme andamiaje invisible. No lo vemos directamente, pero sabemos que existe: las galaxias y los cúmulos se mantienen unidos gracias a él. Ese andamiaje es la materia oscura. La versión más popular sostiene que es "fría" y está compuesta por partículas pesadas y lentas.

La galaxia NGC 4254 se encuentra a un millón y medio de años luz del centro del cúmulo de galaxias de Virgo. Arrastra tras de sí una larga cola de hidrógeno que se enfría, una señal de que se está precipitando a toda velocidad en el medio interestelar caliente.

Ochocientos millones de años después del Big Bang, y en el corazón de una joven galaxia ya late un motor monstruoso. Un agujero negro de diez mil millones de masas solares devora materia con tanta avidez que su radiación debería eclipsar todo a su alrededor. Pero afuera reina el silencio.

El cosmos se asemeja a una tela de seda con hilos de una red oscura que sobresalen. Las verdaderas telas las vemos solo como pequeños retazos — a través de telescopios, en catálogos reales de galaxias.

El espectrógrafo del JWST captó una sutil caída en el espectro de una lejana galaxia — dos líneas, como sombras dejadas por gas frío. Son las líneas del sodio, esa misma luz amarilla de las farolas urbanas. Aquí, en el borde del universo visible, revelan una pausada exhalación de la galaxia, que devuelve materia al cosmos.

El disco galáctico se parece a una onda congelada en el agua: cada perturbación deja una marca que puede leerse miles de millones de años después. Cuando una galaxia enana satélite pasa de cerca o se produce una fusión frontal, las estrellas del disco empiezan a oscilar, como boyas mecidas por una ola.

A la pareja estelar J05+50 le toma casi dos meses completar una órbita alrededor de su centro común. Desde la Tierra se ve como un punto débil en la constelación de Hércules — a 4625 pársecs de nosotros. La fotometría de la estrella binaria registra solo un suave bamboleo de brillo, como el pulso de un corazón gigante.

En lo profundo de la selva amazónica, bajo el dosel de múltiples capas de follaje, yacen enormes figuras de tierra: cuadrados, rectángulos, rombos poco comunes. Durante décadas desafiaron a los arqueólogos con su silenciosa geometría, hasta que un investigador se armó con óptica orbital y vio en ellas un instrumento astronómico.

Cuando miramos al espacio profundo, vemos el pasado. La ley de Edwin Hubble convierte el corrimiento al rojo en una máquina del tiempo: la luz de la galaxia UDS 12999 tardó 7.600 millones de años en llegar hasta nosotros — más de la mitad de la vida del Universo.

En el centro de una galaxia diminuta hay un cúmulo denso de estrellas y materia oscura. Este cúmulo, llamado solitón, no está inmóvil: tiembla y oscila, como gelatina en un plato.

Las galaxias lenticulares son las «tranquilas» del cosmos: tienen disco, pero no brazos espirales brillantes. Durante mucho tiempo, su origen fue un misterio. Un equipo de científicos ejecutó la simulación por computadora Hydrangea y siguió el destino de cada galaxia desde su juventud hasta nuestros días. En el diagrama «masa-tamaño», estas galaxias se alinean formando una V.

La galaxia NGC 1277 se parece a un libro antiguo que nadie ha abierto en miles de millones de años. Se formó rápidamente, en los albores del universo, y desde entonces apenas ha cambiado: no ha chocado con sus vecinas ni ha acumulado nuevas capas.

Una ciudad enorme enciende nuevas farolas cada noche. Pero un día azota un huracán que arranca todo el combustible de los almacenes, y las farolas se apagan una tras otra. Algo parecido han vislumbrado los astrónomos en una galaxia cuya luz ha tardado 12,5 mil millones de años en llegarnos.

El Universo suena. No en el sentido habitual: su sinfonía está grabada en las minúsculas variaciones de densidad a partir de las cuales crecieron las galaxias y nosotros mismos.

Las galaxias elípticas son tranquilas megápolis estelares jubiladas. Según todas las leyes, su luz debería ser serena, rojiza, como un atardecer. Pero los espectros gritan lo contrario: en el ultravioleta lejano, estas ancianas arden como guirnaldas navideñas. Durante tres décadas, los astrónomos se devanaron los sesos con este «repunte ultravioleta» (UV upturn).

Los primeros dos mil millones de años tras el Big Bang fueron una época en la que el Universo parecía una obra en ebullición. La materia oscura aglomeraba el gas en grumos, y este se encendía con las primeras estrellas.

Las imágenes del James Webb captaron un brillo inesperadamente intenso de las primeras galaxias. Una tostadora dora una rebanada en un minuto, mientras que un horno cuece una hogaza en una hora: el resultado final es el mismo. Así ocurre en el cosmos: las galaxias jóvenes emitían una luz potente con rapidez, como una tostadora, en lugar de cocer estrellas lentamente, como un horno.

Una calle donde acaban de construir casas. Unas lucen ventanas limpias, otras están cubiertas de polvo de obra. Así más o menos eran las galaxias cuando el universo tenía apenas unos cientos de millones de años. El nuevo telescopio James Webb ha mirado en esa época y ha visto decenas de brillantes islas estelares.

En un parque urbano, los árboles crecen más rápido que en un bosque profundo. No porque el suelo sea mejor, sino porque aquí chocan más a menudo sus ramas e intercambian semillas. Algo parecido hacen las galaxias en el protocúmulo de la Telaraña: un enorme cúmulo de materia que, dentro de miles de millones de años, se convertirá en un cúmulo maduro.

Dos transatlánticos navegan de noche sin luces. Uno fue construido en un astillero con planchas de acero; el otro parece haber brotado por sí solo de la espuma y las olas. De oído son casi indistinguibles, pero un hidroacústico experimentado captará la diferencia en el rumor de las hélices y en las líneas del casco.

El telescopio JWST detectó muchas galaxias brillantes en el Universo joven. Su luz ultravioleta apenas era absorbida por el polvo cósmico — contrariamente a las expectativas previas.

Los cúmulos globulares son densos 'ovillos' de cientos de miles de estrellas que orbitan alrededor del centro de la Vía Láctea. Unos nacieron en nuestra galaxia; otros fueron capturados cuando la Vía Láctea absorbió galaxias enanas satélites.

En el Universo temprano, los cúmulos estelares eran tan densos que nacían gigantes del tamaño del Sistema Solar. Si uno de estos colosos estuviera en lugar del Sol, su borde llegaría hasta Júpiter. A veces, estas estrellas engullían pequeños agujeros negros.

El universo, con apenas un par de cientos de millones de años, se parecía a una cocina gigante donde, a partir de la 'masa' primordial —hidrógeno y helio—, se amasaban las primeras galaxias. En sus centros se encendían agujeros negros, como hornos de distinta potencia: desde ligeros 'rechauds' hasta pesados 'fogones'.

Lanza dos piedritas idénticas desde la cima de una montaña: si una cae un centímetro más a la izquierda, en un minuto estarán en valles distintos. Una galaxia es como esa montaña, pero con miles de millones de piedras y una ladera que se extiende a lo largo de millones de años.

En los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, el cosmos parecía un ruidoso club de adolescentes: las galaxias estallaban, chocaban y formaban estrellas por cientos. Pero en medio de ese bullicio, el telescopio James Webb ha vislumbrado algo extraño: barrios enteros de 'jubilados' silenciosos.

La luz de un cuásar lejano —el brillante núcleo de una galaxia— pasa cerca de una galaxia masiva y se desvía, como el haz de una linterna a través de un vidrio irregular. Si la lente y la fuente están casi perfectamente alineadas, no vemos un solo cuásar, sino varias copias del mismo.

Otras galaxias son solo instantáneas antiguas, mientras que a la Vía Láctea la observamos en directo.

El enigma del rápido crecimiento de los agujeros negros en el universo joven podría explicarse con las quasiestrellas. Son gigantescos capullos de gas con un agujero oculto en su interior. La materia que cae en él se calienta y emite tanta luz que impide que el capullo colapse. Tal objeto pesa miles de soles y brilla más que toda una galaxia.

Los cúmulos globulares son densos archivos estelares donde está inscrita la juventud de la Galaxia. Pero leer esa crónica era difícil por cronómetros imprecisos: las estimaciones de edad divergían en mil millones de años.

La masa leuda más rápido si ya contiene levadura. De manera similar, las galaxias pudieron formarse más rápido si ya contenían agujeros negros.

En 2015, los astrónomos examinaban el cúmulo de galaxias de Coma y notaron algo extraño: unas «pelusas» enormes pero casi invisibles. Estas galaxias tienen el tamaño de nuestra Vía Láctea, pero brillan cientos de veces menos. Las llamaron ultradifusas, es decir, «extremadamente difuminadas».

El universo se parece a una telaraña gigante: las galaxias no están dispersas al azar, sino que se agrupan en nodos y a lo largo de filamentos. Dentro de los filamentos hay mucho gas, y es allí donde con mayor frecuencia brotan estrellas nuevas. Pero, ¿cómo ha cambiado esto con el tiempo?

Las estrellas gigantes azules suelen nacer en guarderías estelares apretadas: cúmulos abiertos dentro del delgado disco de nuestra galaxia. Pero a veces se encuentran muy por encima del disco, como si hubieran sido expulsadas de casa. ¿Cómo llegaron allí?

Las primeras estrellas se encendieron a partir de nubes que no contenían nada más que hidrógeno y helio. Los elementos pesados —carbono, oxígeno, hierro— aparecieron más tarde, en el interior de las estrellas.

Una galaxia es como una ciudad donde dejaron de construir casas nuevas. Las estrellas ya no nacen, y por los edificios viejos se puede saber cuándo hubo actividad constructora. Los astrónomos miraron 14 de esas 'ciudades fantasma' en el borde del universo visible: su luz viajó hacia nosotros durante 11–12 mil millones de años.

Un cúmulo de galaxias se parece a una intersección concurrida donde las galaxias, como autos, se precipitan contra un viento de gas caliente. Este viento, llamado presión de ariete, arranca de las galaxias sus reservas de gas frío, el combustible para formar estrellas.