Hubo un tiempo en el que el universo no tenía galaxias como las conocemos hoy. No existían los grandes discos espirales ni las estructuras que actualmente observamos a través de los telescopios. En su lugar, enormes nubes de gas comenzaban a condensarse mientras las primeras generaciones de estrellas iluminaban un cosmos que llevaba millones de años sumido en la oscuridad.
Reconstruir aquel escenario ha sido uno de los grandes desafíos de la astronomía moderna. Y ahora, un equipo internacional de científicos ha conseguido crear una de las simulaciones más detalladas hasta la fecha de cómo pudo formarse una galaxia semejante a nuestra Vía Láctea.
El proyecto se llama MEGATRON y sus imágenes parecen sacadas de una película de ciencia ficción: filamentos violetas, explosiones luminosas y estructuras que se expanden y fusionan lentamente. Sin embargo, no se trata de una recreación artística, sino de cálculos basados en las leyes físicas que gobiernan la evolución del universo.
La investigación, dirigida por Harley Katz, de la Universidad de Chicago, fue publicada el 30 de septiembre en The Open Journal of Astrophysics. Y sus resultados ofrecen una nueva manera de interpretar las imágenes que obtiene el telescopio espacial James Webb.
Tres años de cálculos para observar cómo nacían las primeras galaxias
Para desarrollar MEGATRON, los investigadores utilizaron supercomputadoras capaces de ejecutar cálculos durante años. El objetivo era reproducir cómo se comportaban la gravedad, el gas, la radiación estelar y los elementos químicos cuando el universo apenas comenzaba a construir sus primeras estructuras. Según explica la Universidad de Chicago, el equipo creó siete simulaciones que siguen la evolución de distintas regiones cósmicas. Algunas abarcan los primeros cientos de millones de años posteriores al Big Bang, mientras que otras se extienden hasta aproximadamente 2.000 millones de años después.
La particularidad del proyecto es que incorpora procesos químicos complejos y el transporte de radiación junto con la evolución del gas. Esto permite reproducir no solamente la apariencia de las galaxias, sino también cómo emitirían luz ante telescopios actuales. Los resultados muestran que una galaxia como la Vía Láctea no nació de una sola estructura, sino de la interacción y posterior fusión de numerosos sistemas más pequeños. Algunos contenían estrellas jóvenes, otros apenas acumulaban gas y varios ya habían experimentado violentas explosiones estelares.
El James Webb encontró galaxias difíciles de explicar. MEGATRON podría tener algunas respuestas
Uno de los grandes desafíos actuales consiste en comprender por qué las primeras galaxias observadas por el James Webb presentan características tan variadas. Algunas parecen extraordinariamente brillantes para su antigüedad, mientras que otras contienen proporciones inesperadas de elementos químicos. Hasta ahora, los modelos informáticos tenían dificultades para reproducir toda esa diversidad.
MEGATRON ofrece una herramienta diferente. Los investigadores generaron más de 175.000 espectros simulados de galaxias, una colección que permite comparar sus resultados con las observaciones reales del telescopio espacial. Como señala el estudio original, el modelo reproduce una parte importante de la diversidad espectral observada por el Webb sin necesidad de abandonar el marco cosmológico convencional.
El proyecto también ayuda a investigar otro enigma: por qué algunas galaxias enanas contienen más hierro del esperado. Un trabajo complementario del equipo sugiere que determinadas estrellas primordiales pudieron explotar como supernovas de inestabilidad de pares, liberando enormes cantidades de elementos pesados. Bajo ciertas condiciones, la radiación ultravioleta habría retrasado su formación hasta que las pequeñas galaxias fueran suficientemente masivas para conservar parte de ese material.
Así, las primeras generaciones estelares podrían explicar características químicas que todavía observamos en galaxias pequeñas.
Una simulación espectacular que todavía no cuenta toda la historia
Pese a los avances, los investigadores reconocen que MEGATRON tiene limitaciones. Una de las más importantes es que no incorpora la actividad de los núcleos galácticos activos, regiones donde los agujeros negros supermasivos absorben materia y pueden liberar enormes cantidades de energía.
Estos procesos influyen en la evolución de muchas galaxias, por lo que su ausencia impide considerar la simulación una reconstrucción definitiva. Tampoco estamos viendo una grabación real del nacimiento de la Vía Láctea. Lo que muestran las imágenes es una evolución posible de una región destinada a formar una galaxia de masa comparable a la nuestra, calculada a partir de modelos físicos y contrastada con observaciones astronómicas.
Aun así, el proyecto representa un avance importante. Permite estudiar cómo la radiación, las reacciones químicas y la formación de estrellas interactuaron desde los primeros momentos de la evolución galáctica, algo que los modelos anteriores no podían reproducir con semejante detalle. Y quizá lo más fascinante sea que estas simulaciones conectan dos extremos de la historia cósmica: las primeras estrellas, que todavía no hemos observado directamente, y las galaxias que podemos estudiar hoy.
A más de 13.000 millones de años de distancia temporal, MEGATRON ofrece una oportunidad extraordinaria: contemplar cómo pudo comenzar la historia de nuestro propio hogar galáctico, mucho antes de que existieran el Sol, la Tierra o cualquier posibilidad de vida como la conocemos.
