Cuando los astrónomos apuntaron el telescopio espacial James Webb hacia TGSSJ1530+1049, esperaban encontrar una galaxia distante con un agujero negro supermasivo activo. La señal de radio que llegaba desde aquella región ya indicaba que algo extremadamente energético estaba ocurriendo en su interior.
Lo que apareció en las imágenes fue mucho más complejo. En lugar de una única galaxia, Webb encontró al menos seis sistemas compactados dentro de una región diminuta del universo joven, acompañados por enormes concentraciones de gas ionizado. Todo apunta a que esas galaxias están interactuando y acabarán fusionándose hasta formar un solo objeto gigantesco.
Según explicó la Universidad de Oxford, la luz de TGSSJ1530+1049 comenzó su viaje hace más de 12.000 millones de años, cuando el universo tenía aproximadamente 1.500 millones de años. No estamos viendo una galaxia recién nacida en la actualidad, sino una fotografía de uno de los períodos más tempranos de la historia cósmica.
Webb no encontró una galaxia, sino una futura metrópolis cósmica
Las observaciones se realizaron con la cámara NIRCam y el espectrógrafo NIRSpec del James Webb. La combinación permitió identificar tanto la luz de las estrellas como las emisiones producidas por el gas caliente que rodea a las galaxias.
De acuerdo con el estudio publicado en The Open Journal of Astrophysics, el sistema se encuentra a un desplazamiento al rojo de 4, una distancia temporal que corresponde a una época en la que el cosmos tenía alrededor del 11% de su edad actual. En un área de apenas tres segundos de arco, los investigadores detectaron seis fuentes visibles y otras cuatro regiones que emiten intensamente en hidrógeno alfa, pero que presentan poca o ninguna luz estelar claramente identificable.
Esto significa que el complejo podría contener más estructuras de las que aparecen a simple vista en las imágenes. Algunas serían galaxias relativamente desarrolladas, mientras que otras podrían ser enormes concentraciones de gas, regiones de formación estelar o componentes ocultos por el polvo.
Al menos cuatro de las galaxias principales están concentradas en una región proyectada de solo unos 10.000 por 10.000 años luz. A modo de comparación, la Vía Láctea mide aproximadamente 100.000 años luz de extremo a extremo. Los científicos están observando varias galaxias masivas apiñadas dentro de un espacio que apenas ocuparía una pequeña parte de la nuestra.
Según detalla el artículo, cada una de esas cuatro galaxias contiene decenas de miles de millones de masas solares en estrellas y produce entre 70 y 163 masas solares nuevas al año. La Vía Láctea, en cambio, genera actualmente solo unas pocas. TGSSJ1530+1049 era, por tanto, un entorno extremadamente activo y abarrotado.
Todas esas galaxias podrían terminar convertidas en una sola
Los movimientos relativos, las pequeñas distancias entre los objetos y la presencia de emisiones difusas indican que las galaxias ya estaban interactuando gravitacionalmente.
Según los modelos incluidos en la investigación, el complejo se encuentra dentro de un halo de materia oscura de alrededor de diez billones de masas solares. Esa enorme concentración gravitatoria probablemente impedirá que sus integrantes escapen y favorecerá una sucesión de colisiones durante los siguientes miles de millones de años.
El resultado podría ser una galaxia central de cúmulo, una de esas estructuras gigantescas que hoy ocupan el corazón de enormes agrupaciones galácticas. Los astrónomos llaman protocúmulos a estos entornos primitivos porque representan las semillas de los grandes cúmulos que aparecieron posteriormente.
Tal como explicó Roderik Overzier, del Observatorio de Leiden, en el comunicado de la Universidad de Oxford, estas regiones fueron algunos de los primeros lugares donde la materia se acumuló con suficiente rapidez para formar grandes poblaciones de estrellas, galaxias y agujeros negros.
No es posible observar directamente cómo terminará el proceso: para nosotros, aquella escena quedó congelada hace más de 12.000 millones de años. Sin embargo, su estructura se parece a las simulaciones en las que las galaxias más brillantes de los cúmulos actuales se construyen mediante una rápida sucesión de fusiones.
En el centro había un agujero negro que ya estaba disparando materia
El segundo estudio, publicado en Astronomy & Astrophysics, analizó TGSSJ1530+1049 con el European VLBI Network y la red e-MERLIN. Estos sistemas conectan radiotelescopios situados en diferentes países para funcionar como un único instrumento de enorme resolución.
De acuerdo con el análisis dirigido por Krisztina Gabányi, la señal de radio presenta una estructura alargada de unos 5,5 kilopársecs, alrededor de 17.000 años luz. Sus lóbulos y puntos calientes son compatibles con chorros lanzados por un núcleo galáctico activo: un agujero negro supermasivo que absorbe gas mientras expulsa parte del material a velocidades extremas.
La emisión de radio y el gas ionizado observado por Webb siguen una orientación parecida. El gas, sin embargo, se extiende hasta unos 25 kilopársecs, mucho más allá de los chorros detectados. Los investigadores consideran que la alineación puede deberse tanto a la influencia del agujero negro como a la peculiar disposición de las galaxias que están colisionando.
Hay una precaución importante: los astrónomos no han observado literalmente el instante en que nació el agujero negro. La estructura de radio relativamente pequeña sugiere que sus chorros son jóvenes o que permanecen confinados por el gas circundante, pero el agujero negro ya debía existir y haber alcanzado una masa enorme cuando emitió la luz que ahora recibimos.
Las colisiones podrían explicar cómo creció tan rápido
Uno de los grandes problemas de la astronomía moderna consiste en explicar cómo algunos agujeros negros alcanzaron masas gigantescas tan poco tiempo después del Big Bang. Para crecer necesitan absorber enormes cantidades de materia, y las colisiones entre galaxias proporcionan una forma eficaz de transportar gas hacia sus regiones centrales.
Según plantea la Universidad de Oxford, las fusiones observadas en TGSSJ1530+1049 podrían estar alimentando el agujero negro mientras este atraviesa una etapa de crecimiento intenso. Con el tiempo, también podría fusionarse con otros agujeros negros más pequeños escondidos en los núcleos de las galaxias vecinas.
Por eso el hallazgo no es simplemente otra imagen de galaxias lejanas. El sistema permite estudiar al mismo tiempo dos procesos que suelen analizarse por separado: la construcción de una galaxia gigantesca y el crecimiento del agujero negro supermasivo que acabará ocupando su centro.
Webb no ha captado un nacimiento instantáneo, sino algo quizá más valioso: una obra cósmica todavía en marcha. Seis galaxias, grandes reservas de gas y un agujero negro activo aparecen reunidos justo antes de que miles de millones de años de colisiones terminen convirtiéndolos en una sola estructura.
