Durante años, los astrónomos han intentado entender cómo se ensamblaron las galaxias en el periodo más activo de formación estelar del universo, el llamado “mediodía cósmico”. Ahora, por primera vez, una combinación de dos de las herramientas más potentes de la astronomía moderna —el telescopio espacial James Webb y el conjunto de radiotelescopios ALMA— ha permitido hacer algo tan simple en apariencia como revelador en la práctica: pesar galaxias muy jóvenes con un nivel de detalle que antes era imposible.
El resultado no es tranquilizador para la teoría. En el centro de varias de estas galaxias, los números no cuadran. Algo falta. O, dicho de otra manera, hay más gravedad de la que se puede explicar con lo que vemos.
Pesar galaxias a 10.000 millones de años luz
Saber cuánta masa tiene una galaxia y cómo se distribuye es una de las claves para entender su evolución. El método es conocido: medir cómo rota el gas. Cuanto más rápido gira el material en el interior, mayor es la masa que debe estar concentrada allí para mantenerlo ligado por la gravedad.
El problema es que, a distancias cosmológicas, este tipo de mediciones siempre ha estado plagado de incertidumbres. Hasta ahora, las imágenes no permitían ver con claridad la población estelar vieja —la que concentra la mayor parte de la masa— y los trazadores del movimiento del gas eran imperfectos, porque el gas caliente puede estar alterado por explosiones de supernovas o por la actividad de agujeros negros.
El salto cualitativo llega al combinar dos miradas complementarias. El James Webb observa en el infrarrojo cercano, atravesando mejor el polvo y revelando la estructura real de los discos estelares. ALMA, en cambio, detecta el gas frío que gira de forma ordenada y delata con mucha más precisión el campo gravitatorio de la galaxia. Juntas, estas dos piezas permiten construir modelos dinámicos mucho más fiables que los de generaciones anteriores.
Tres galaxias y el mismo problema
El equipo se centró en tres galaxias del proyecto ALPAKA, sistemas con discos bien definidos que rotan de manera relativamente tranquila. A partir de las imágenes del Webb, separaron la luz de las estrellas en dos componentes: el disco y el bulbo central. Con ALMA midieron cómo gira el gas en cada radio. Luego hicieron lo que hacen los astrónomos desde hace décadas: construir un modelo que relacione esa rotación con la masa visible (estrellas y gas) más la contribución esperada de la materia oscura.
En las regiones externas, el ajuste funciona razonablemente bien. Pero en el centro, algo falla. Las velocidades medidas son mayores de las que el modelo puede explicar. En términos simples: con la masa que vemos, el gas no debería girar tan rápido. Falta masa en el balance.
¿Qué podría estar escondiéndose en el centro?
Los investigadores exploran varias posibilidades, ninguna de ellas especialmente cómoda. Una opción es que los bulbos centrales estén formados por poblaciones estelares más viejas y, por tanto, más masivas de lo que sugieren su brillo. Otra es que el polvo esté ocultando parte de esa luz, haciendo que el núcleo parezca menos denso de lo que realmente es.
También entra en juego la hipótesis de agujeros negros supermasivos inusualmente grandes. Un agujero negro estándar no basta para explicar el exceso de rotación observado, pero si en estas galaxias jóvenes los agujeros negros crecieron antes y más rápido de lo que creemos, podrían estar aportando una fracción relevante de la masa central.
La materia oscura es el otro gran sospechoso. Los modelos clásicos asumen una distribución concreta en el interior de los halos galácticos. Si en el universo temprano esa distribución era más concentrada de lo previsto, la gravedad extra podría estar ahí, invisible, distorsionando nuestras estimaciones.
Lo que esto implica para la materia oscura
Uno de los puntos más delicados del estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society es que pone en cuestión interpretaciones previas sobre la distribución de la materia oscura en galaxias lejanas. Algunos trabajos habían sugerido que estos sistemas presentan “núcleos” de baja densidad de materia oscura en su centro. Aquí, sin embargo, los autores muestran que perfiles estándar de materia oscura pueden seguir siendo compatibles con los datos si se asume que las estrellas centrales son más masivas de lo que se creía.
El mensaje de fondo es incómodo: incluso con instrumentos de última generación, separar con precisión qué parte de la gravedad viene de las estrellas, del gas, de los agujeros negros y de la materia oscura sigue siendo extraordinariamente difícil. El centro de las galaxias es un lugar donde todos estos componentes se superponen y se confunden.
Un primer vistazo a un problema más grande
Este trabajo no cierra el debate, lo abre. Lo que hoy se ha visto en tres galaxias podría ser una rareza o la punta de un iceberg que afecte a buena parte de las galaxias del “mediodía cósmico”. Para saberlo, harán falta muestras más grandes y observaciones con aún mayor resolución.
La combinación Webb + ALMA ha demostrado su potencia como herramienta para diseccionar la masa de galaxias en el universo temprano. Y, de paso, ha dejado al descubierto algo inquietante: en el corazón de algunas galaxias jóvenes hay una discrepancia entre lo que vemos y lo que la gravedad exige. Una pequeña grieta en nuestros modelos que, como suele ocurrir en ciencia, podría terminar señalando hacia una física más interesante de lo que esperábamos.
