mecanismos de crecimiento galáctico

Un puerto vive según el horario de las mareas. El agua sube y baja, y con ella cambia todo: el nivel en el muelle, la composición del sedimento en el fondo, incluso la salinidad en los rincones más alejados. Una galaxia funciona de manera similar, solo que en lugar de agua tiene gas, y en lugar de la Luna, sus propias estrellas y las nubes vecinas.

Un censo de población según la forma del cuerpo: así se puede describir lo que hicieron los astrónomos con 6348 galaxias masivas. En lugar de estatura y peso, midieron cuánto se concentra la luz hacia el centro, cuán achatada está la galaxia y cuán asimétrica es su forma. Luego repitieron las mismas mediciones en galaxias de tres modelos computacionales del universo y compararon los resultados.

En el centro de una galaxia enana ultracómpacta (un sistema estelar muy denso de decenas de años luz de tamaño) funciona una aspiradora. Solo que en lugar de polvo, aspira el gas que expulsan las estrellas moribundas. Ese gas no se dispersa, sino que se arremolina en un embudo: un disco en rotación que poco a poco se asienta sobre el agujero negro.

En el centro de una galaxia, donde un agujero negro supermasivo hace girar a su alrededor un disco de gas incandescente, a veces nacen estrellas gigantes. No se parecen a las normales: el disco las alimenta continuamente con materia, y la estrella puede crecer hasta alcanzar cientos de masas solares, permaneciendo brillante mientras el flujo de gas no se agote.

Dos estrellas giran una alrededor de la otra como bailarines que se acercan y se alejan. Con el tiempo, una de ellas se hincha y sus capas externas fluyen hacia la vecina. La que recibe el material ajeno no se distingue en apariencia de una estrella solitaria, pero su superficie lo recuerda todo.

En los primeros 500 millones de años después del Big Bang, las galaxias crecían a un ritmo vertiginoso. El gas caía rápidamente en ellas y colapsaba en estrellas sin encontrar resistencia. Este período se conoce como 'formación estelar sin obstáculos'.

La explosión de una estrella masiva no es solo un destello, sino un golpe al gas circundante. Pero hasta ahora nadie había observado cómo se mueve el propio gas en los lugares de tales explosiones.

Las estrellas más masivas son como globos demasiado inflados: su envoltura ya no se estira, sino que empieza a expulsar materia rápidamente. En cierta etapa, la pérdida de masa se vuelve tan intensa que la estrella deja de aumentar de tamaño. Los astrónomos observan este momento como una inflexión en un diagrama donde las estrellas se ordenan por luminosidad y temperatura.

El modelo cosmológico estándar ΛCDM (que incluye energía oscura y materia oscura fría) es la partitura de una sinfonía cósmica. Describe cómo, tras el Big Bang, el espacio se expandió. Cómo se agrupó la materia oscura. Cómo se encendieron las galaxias.

La colisión de galaxias se asemeja a una danza lenta en la que dos compañeros se van acercando gradualmente. En el centro de cada una se esconde un agujero negro supermasivo —un volante invisible con una masa de millones o miles de millones de soles.

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.

Quince años de observaciones del telescopio de rayos gamma Fermi han revelado una grieta en el suelo de la Galaxia. Al sur del cúmulo Westerlund 1 —el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea— se ha detectado un brillo extendido que coincide con una cavidad en el hidrógeno atómico.

En un mundo donde los números de Reynolds son insignificantes, el agua se convierte en un jarabe viscoso y los métodos de natación que conocemos dejan de funcionar. Aquí reina el traicionero teorema del peine: los movimientos simétricos no generan avance. Los microorganismos encontraron una solución: desarrollan colas poliméricas.

En la gigantesca cuna cósmica, la nebulosa Tarántula, los astrónomos observaron de cerca 122 estrellas masivas, cada una al menos 30 veces más pesada que el Sol. Midieron el contenido de nitrógeno en sus atmósferas y el panorama resultó inesperado.

En el centro de un cúmulo estelar denso reina una auténtica fragua: aquí las estrellas, como piezas al rojo vivo, chocan y se fusionan bajo la acción de la gravedad, y estas fusiones no son una catástrofe, sino una oportunidad. Cada golpe del martillo estelar transfiere rotación al futuro agujero negro.

Imagine un antiguo manuscrito en el que una nueva historia se ha escrito sobre un texto más viejo. Con el tiempo, la capa superior se adelgaza y las líneas del pasado asoman a través de ella. Así, como un palimpsesto, funcionan los cúmulos globulares, los sistemas estelares más antiguos del Universo.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

Una historia detectivesca se desarrolló en el catálogo GWTC-5. Cientos de señales de agujeros negros en fusión, capturadas por los detectores de Rainer Weiss y sus colegas, guardaban el secreto del origen de los objetos más masivos y de rotación más rápida de escala estelar.

En el centro de casi todas las grandes galaxias se esconde un agujero negro supermasivo, cuyo abismo gravitacional fue descrito matemáticamente por primera vez por Karl Schwarzschild. Cuando engulle gas, nace un núcleo activo deslumbrante: un cuásar.

En el punto de mira están las diminutas ciudades estelares: las galaxias enanas ultrafinas. Se parecen a enjambres dispersos de luciérnagas que giran en una vasta nube invisible. Esa nube es un halo de materia oscura ultraligera. Sus partículas son tan ligeras que no se comportan como bolas de billar, sino como ondas.

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.

Los flujos masivos de gas desde núcleos galácticos activos son un regulador clave de la evolución galáctica. Barren el medio interestelar, sofocan la formación estelar y dictan el crecimiento de los agujeros negros supermasivos.

Las estrellas nacen en nubes frías de polvo cósmico y hidrógeno. Dentro de estos capullos, las protoestrellas —los núcleos de las futuras luminarias— durante mucho tiempo se consideraron solo acumulaciones calientes.

Dentro de 5 mil millones de años, el Sol, agotado su combustible, comenzará a hincharse, transformándose en un gigante rojo. Como un globo que pierde aire, la estrella irá debilitando su agarre gravitatorio, y la Tierra — un grano de arena en un hilo invisible — se alejará a una órbita más distante.

En el centro de una galaxia lejana, un agujero negro supermasivo está rodeado por un disco plano y giratorio de gas y polvo: un embudo gigante con materia cósmica. En este disco puede encontrarse un objeto compacto pequeño, por ejemplo, otro agujero negro de masa estelar.

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.

Un planeta del tamaño de Neptuno se acercó demasiado a su estrella. La estrella comienza a atraer las capas superiores del planeta: el gas fluye desde él como agua de un cubo desbordado. Este proceso se llama transferencia de masa por el lóbulo de Roche (así es como los astrónomos designan el límite más allá del cual la estrella ya puede arrancar materia del planeta).

Los detectores captan el «rizado» de las ondas gravitacionales producido por la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, como un eco de la cocina donde se preparó el plato cósmico. Los astrónomos intentan reconstruir la receta: cómo dos estrellas masivas se convirtieron en una pareja exótica y colisionaron.

Un artista pinta un retrato pincelada a pincelada, y luego le ofrecen una cámara con flash: un clic y listo. Así se podría describir la transición de los modelos de múltiples pasos a los de un solo paso en la creación de imágenes de galaxias.

La historia clásica del nacimiento del Universo a partir de un punto ardiente Big Bang se topa con preguntas incómodas: ¿por qué el cosmos es tan homogéneo y qué había antes de la singularidad?

Una sala enorme, mil puertas, y solo una conduce a las estrellas. Las demás están cerradas, y las llaves no solo están escondidas: están envueltas en otras llaves y enredadas en una maraña. Así se ve el Gran Filtro en una nueva lectura: no una cadena de fracasos, sino una jerarquía enredada donde cada paso depende del anterior de forma no lineal.

Una multitud en una plaza de la ciudad se comporta de manera diferente según si las personas se toman de las manos. Si cada uno solo roza ligeramente el codo del vecino, la gente se dispersa fácilmente en todas direcciones: la multitud se expande como una alfombra uniforme.

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.

Estudiar el nacimiento de las galaxias requiere modelar miles de millones de años de crecimiento de materia oscura y formación estelar; incluso las supercomputadoras lo hacen lentamente.

Una galaxia se parece a una tortita luminosa salpicada de estrellas. Si la miras de frente, ves todo a la vez: los brazos brillantes y las capas oscuras de polvo. Pero basta con inclinar la tortita para que la imagen cambie: las capas se superponen y la luz se mezcla.

Cada concha es un diario de crecimiento en piedra. El molusco no la construye según un plano, como un arquitecto, sino que simplemente añade material por el borde, siguiendo siempre la misma regla. Es como si un caracol pegara cada día una nueva tira a su casita, desplazándola un poco hacia un lado y aumentando el tamaño. Es esa repetición, y no un control complejo, la que crea la forma característica de la especie.

Un río fluye hacia un remolino, pero en el camino se encuentra con un dique que tiene una ranura. La mayor parte del agua se acumula frente al dique, pero una parte, tras ganar altura, lo sobrevuela y cae directamente en el embudo. Así ocurre con el gas en una galaxia: desciende hacia el centro, pero choca con un anillo de estrellas y gas, que actúa como un dique.

Cuando una estrella masiva explota como supernova, sus capas externas se dispersan por el espacio a miles de kilómetros por segundo. Se forma una onda de choque: una gigantesca muralla invisible que arrasa el gas y el polvo interestelar, como una excavadora.

En una enorme sala oscura, alguien invisible toca las cuerdas. El gas cósmico —el hidrógeno enrarecido que llenaba el universo joven— se asemeja a cuerdas tensas que pueden resonar en una onda de radio de 21 centímetros. Es el hidrógeno susurrando sobre su temperatura.