Una feroz tormenta en una galaxia espiral barrada gigante hace 11 mil millones de años

En el universo primitivo, hace más de 10 mil millones de años, numerosas galaxias gigantescas formaron estrellas a un ritmo más de 100 veces superior al de la Vía Láctea. Aunque algunas galaxias experimentan formación estelar a un ritmo similar incluso en el universo actual, casi todas colisionan o se fusionan con otras galaxias. Basándose en esto, los científicos asumieron que estos intensos estallidos de formación estelar en galaxias gigantescas también se deben a una importante afluencia de gas en sus centros debido a colisiones o fusiones galácticas, y que evolucionan en galaxias elípticas gigantescas una vez que el gas se agota.

Las galaxias gigantescas se encuentran lejos de la Tierra y oscurecidas por enormes cantidades de polvo generado por la intensa formación estelar, lo que dificulta su observación en longitudes de onda ópticas. Hasta hace poco, su forma y el proceso físico que impulsa estos estallidos de formación estelar permanecían en gran medida desconocidos. Sin embargo, recientes observaciones de imágenes infrarrojas con el Telescopio Espacial James Webb han descubierto galaxias monstruosas cubiertas de polvo, revelando la existencia de muchas galaxias monstruosas con una notable estructura de disco. Esto planteó una nueva pregunta: ¿Por qué galaxias monstruosas que parecen ser galaxias de disco ordinarias experimentan estallidos de formación estelar tan intensos?

Un equipo de investigación dirigido por Shuo Huang se centró en una galaxia monstruosa con una estructura espiral barrada en el Universo hace 11.100 millones de años. La galaxia J0107a, ubicada a un corrimiento al rojo de z=2,467, fue descubierta fortuitamente en 2014, mientras que la cercana galaxia en fusión VV114 fue observada. Las imágenes de VV114 en el infrarrojo cercano del Telescopio Espacial James Webb, publicadas en 2023, revelaron que J0107a es un ejemplo excepcionalmente masivo de galaxia monstruosa, con una masa diez veces mayor que la de la Vía Láctea y una tasa de formación estelar aproximadamente 300 veces mayor que la de la Vía Láctea. Aún más sorprendente, J0107a posee una estructura espiral barrada perfecta, una de las más grandes y distintivas de cualquier galaxia en esta era cósmica. Su forma se asemeja más a las galaxias espirales barradas modernas que a cualquier galaxia monstruosa observada previamente. Si bien se necesita más información sobre la cinemática del gas para explorar los factores que subyacen a la intensa formación estelar de J0107a, las observaciones espectroscópicas de una galaxia cubierta de polvo son increíblemente complejas, incluso con el Telescopio Espacial James Webb.

El equipo de investigación utilizó ALMA para observar las líneas de emisión de monóxido de carbono y átomos de carbono neutro, y descubrió que J0107a se asemeja mucho a las galaxias espirales barradas modernas, como la Vía Láctea, tanto en la forma de su estructura de barras como en la distribución y el movimiento del gas asociado. Por otro lado, el equipo también descubrió que, mientras que la proporción de gas en la estructura de barras de una galaxia moderna es inferior al 10 % de la masa total, la de J0107a es muy elevada, rondando el 50 %. Los datos muestran que la estructura de barra de J0107a, compuesta por estrellas y gas con una masa mucho mayor que la de las galaxias modernas, agita el disco, creando un flujo de gas a una velocidad de varios cientos de kilómetros por segundo en un radio de 20.000 años luz alrededor del centro de la galaxia, equivalente a la distancia entre el centro de la Vía Láctea y el Sistema Solar. Parte de este gas cae en el centro de la galaxia, lo que provoca una intensa formación estelar. Ningún estudio teórico previo sobre la formación de galaxias predijo la existencia de una galaxia gigantesca con una estructura de barra como esta.

Esta es la primera observación directa exitosa de un estallido de formación estelar inducido por la entrada de gas desde una estructura de barra en el universo primitivo. Las teorías convencionales sobre la formación y evolución de galaxias gigantescas asumían que la intensa formación estelar se produce debido a colisiones y fusiones galácticas o a la inestabilidad gravitacional de sus discos, convirtiéndolas en galaxias elípticas a lo largo de cientos de millones de años. Mientras tanto, se supone que J0107a desarrolló una forma similar a la de una galaxia espiral barrada moderna, conservando las propiedades físicas extremas de una galaxia gigantesca durante cientos de millones de años en el universo primitivo, tan solo 2600 millones de años después del Big Bang. Los datos detallados sobre la distribución del gas y la cinemática obtenidos a partir de esta observación proporcionarán pistas esenciales sobre el origen de las galaxias gigantescas y la investigación sobre la formación y evolución de estructuras de barras en otras galaxias, ya que estamos presenciando el proceso de formación de estructuras de barras en el universo primitivo.

Shuo Huang, líder del equipo de investigación, afirma: «La importante cantidad de gas necesaria para el crecimiento de las galaxias gigantes proviene de fusiones galácticas o flujos de entrada desde la red cósmica. Si bien no existen indicios de una fusión galáctica, se ha detectado un gran disco de gas alrededor de J0107a. Este disco de gas tiene un diámetro de aproximadamente 120 000 años luz, el doble del diámetro del cuerpo principal de la galaxia, visible como estrellas, y su movimiento sigue aproximadamente el de la propia galaxia. Basándonos en esto, asumimos que se creó a partir de una gran cantidad de gas que se desplaza en espiral hacia la galaxia desde la red cósmica¹. Esta es una nueva imagen de una galaxia gigantesca, en la que una galaxia de disco se forma a partir de un flujo de gas a escala cósmica, seguido de la aparición de una estructura de barra durante la evolución galáctica, lo que da lugar a rápidos flujos de gas a escala galáctica y a estallidos de formación estelar. Continuaremos nuestros estudios observacionales con ALMA para investigar esto con mayor profundidad».

Informacion adicional

1. Estos flujos de gas se predicen teóricamente y se denominan "corrientes frías". ↩︎

Esta investigación fue publicada en Nature el 21 de mayo de 2025 por Shuo Huang et al., "Gran flujo de entrada de gas impulsado por una barra galáctica madura en el Universo temprano" (DOI: 10.1038/s41586-025-08914-2).

Esta investigación cuenta con subvenciones de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (KAKENHI: n.º JP22H04939, JP23K20035, JP24H00004) y del Programa Conjunto de Investigación Científica de ALMA (n.º 2024-26A).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA de Asia del Este.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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