Descubren una galaxia oscura ultraluminosa oculta tras un cuásar: el monstruo invisible del universo adelescente
A más de 12.000 millones de años luz, los astrónomos han hallado por casualidad una galaxia tan brillante como mil Vías Lácteas… pero completamente invisible a la luz. El hallazgo, oculto tras un cuásar y logrado por el telescopio ALMA de Chile, nos muestra el lado más oscuro —y luminoso— del universo.
Por Enrique Coperías
Ilustración artística de una galaxia infrarroja ultraluminosa envuelta en polvo cósmico y oculta tras el cuásar del Trébol, observada por ALMA a más de 12.000 millones de años luz. Su luz infrarroja revela un intenso estallido de formación estelar y un agujero negro supermasivo en pleno crecimiento en el universo joven. Imagen generada con DALL-E
En un rincón del cielo que los astrónomos conocen bien por albergar un cuásar famoso —el llamado Cuásar del Trébol o H1413+117—, un equipo internacional de investigadores ha tropezado por casualidad con algo aún más misterioso: una galaxia infrarroja ultraluminosa completamente invisible a los telescopios ópticos, escondida justo detrás del brillante faro cósmico.
El descubrimiento, realizado con el radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, saca a la luz una de las galaxias más ocultas y polvorientas conocidas, situada a más de 12.000 millones de años luz, cuando el universo apenas tenía una cuarta parte de su edad actual.
El estudio, encabezado por Natsuki H. Hayatsu, de la Universidad de Waseda, en Japón, y publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, describe a esta galaxia como un coloso de gas molecular y polvo que, aunque invisible a la luz visible o ultravioleta, brilla intensamente en el infrarrojo. Su energía procede tanto de una frenética formación estelar como de un agujero negro supermasivo en pleno crecimiento, envueltos ambos en un manto de polvo tan denso que apenas dejan escapar fotones.
Un hallazgo fortuito con ALMA
Los astrónomos no buscaban esta galaxia. De hecho, estaban observando otra cosa: el citado cuásar H1413+117, conocido por su espectacular imagen cuádruple debida a una lente gravitatoria. Al revisar datos antiguos del observatorio ALMA, Hayatsu y sus colegas detectaron una línea espectral inesperada en una región situada apenas seis segundos de arco al norte del cuásar. La señal correspondía a emisiones de monóxido de carbono (CO), una molécula que suele delatar la presencia de grandes reservas de gas frío, el combustible de las estrellas.
Intrigados, los investigadores solicitaron nuevas observaciones en distintas bandas del ALMA. Las sucesivas detecciones —en frecuencias que correspondían a las transiciones del CO J=4–3, J=6–5 y J=13–12— confirmaron que se trataba de una galaxia completamente distinta, con un desplazamiento al rojo de z = 3,386, es decir, una época en la que el universo tenía una edad de unos 1.800 millones de años.
«La galaxia fue descubierta por accidente, un regalo inesperado de los datos —explica Hayatsu en el artículo—. Nadie había notado que, detrás del Cuásar del Trébol se escondía un monstruo cósmico que brillaba en el infrarrojo».
Una galaxia invisible incluso para el Hubble
El equipo buscó en los archivos de los grandes observatorios —Hubble, Spitzer, VLT, Chandra, VLA— para comprobar si aquella fuente aparecía en otras longitudes de onda.
El resultado fue revelador, ya que no se halló ninguna traza en el óptico ni en el infrarrojo cercano, ni siquiera en las imágenes profundas del telescopio espacial Hubble. Solo el telescopio Spitzer mostró una débil mancha en sus detectores a 3,6 y 4,5 micras, y Chandra detectó una tenue fuente de rayos X exactamente en la misma posición.
Estas pistas permitieron reconstruir el retrato de un objeto extremadamente enrojecido y cubierto de polvo, incapaz de dejar escapar luz visible pero radiante en longitudes de onda más largas. En palabras de los autores, se trata de una galaxia oscura ópticamente (optically-dark galaxy), un tipo de objeto que apenas empieza a conocerse gracias a instrumentos como el ALMA y, más recientemente, el telescopio espacial James Webb
Un titán de gas, polvo y energía infrarroja
Los espectros del ALMA permitieron estimar la masa de gas molecular de la galaxia: del orden de 10¹¹ masas solares, una cantidad colosal que podría dar lugar a miles de millones de nuevas estrellas.
Las líneas de CO aparecían doblemente o triplemente picadas, lo que sugiere que el sistema podría estar formado por dos galaxias en fusión, una danza cósmica que a menudo dispara la formación estelar y alimenta a los agujeros negros centrales.
El brillo total en el infrarrojo equivale a casi tres billones de veces la luminosidad del Sol, lo que la clasifica como una galaxia infrarroja ultraluminosa (ULIRG). Solo una fracción mínima de esa energía llega hasta nosotros como rayos X, procedente del núcleo galáctico, donde un agujero negro supermasivo de unas cien millones de masas solares devora materia a un ritmo voraz.
En conjunto, el cuadro apunta a un objeto en plena transición evolutiva: un sistema que ha pasado de ser una galaxia de estallido estelar (starburst) a un cuásar en formación, cuando el polvo y el gas todavía envuelven al agujero negro pero comienzan a ser barridos por su radiación. En palabras de los investigadores, podría representar «una fase intermedia entre una galaxia infrarroja y un cuásar óptico».
Mapa obtenido por el radiotelescopio ALMA que muestra la emisión del monóxido de carbono (CO) en la línea J=4–3, representada en escala de grises. Las líneas verdes marcan la radiación continua observada en la banda 3, mientras que las rojas y cian corresponden a las bandas 4 y 7, en distintos niveles de intensidad. Cada elipse indica el tamaño del haz de observación en cada banda, usado para revelar la posición y estructura de la galaxia oculta tras el cuásar del Trébol. Cortesía: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf1655
Cómo crecen las galaxias y sus agujeros negros
Los astrónomos llevan décadas intentando entender cómo las galaxias masivas y sus agujeros negros centrales crecen juntos. En el uUniverso cercano, ambas masas están estrechamente correlacionadas: cuanto más grande es la galaxia, más masivo es su agujero negro. Pero el origen de esa relación sigue siendo un misterio.
Sistemas como el recién descubierto ofrecen una instantánea del proceso de coevolución entre galaxias y agujeros negros en sus primeras etapas. En este caso, el agujero negro ya brilla con fuerza en rayos X, pero el entorno sigue dominado por el gas y el polvo, materia prima de futuras estrellas.
Los investigadores comparan este objeto con los HotDOGs (Hot Dust-Obscured Galaxies), una rara clase de galaxias identificadas por el telescopio WISE hace una década y caracterizadas por su calor extremo y su intensa emisión en el infrarrojo medio. Sin embargo, a diferencia de esos objetos —donde el agujero negro domina por completo—, esta nueva galaxia parece mantener aún una vigorosa formación estelar.
«Es como si estuviéramos viendo el momento exacto en que una galaxia activa empieza a transformarse en un cuásar visible —explica Hayatsu. Y añade—: Nos permite observar cómo la materia y la energía interactúan en un entorno de extrema densidad y oscuridad».
Ver lo invisible: ALMA, Spitzer y Chandra
Para detectar una galaxia así es necesario mirar en longitudes de onda que atraviesan el polvo interestelar. ALMA, con sus 66 antenas de alta precisión situadas en el desierto de Atacama, observa el cielo en el rango milimétrico y submilimétrico, ideal para captar las débiles señales de moléculas como el monóxido de carbono o el polvo frío.
En este caso, la detección fue posible gracias a un análisis meticuloso de datos antiguos, que después se complementaron con nuevas observaciones en tres bandas distintas. Los investigadores incluso recurrieron a técnicas de modelado para separar la tenue señal de la galaxia del resplandor abrumador del cuásar vecino.
Además del ALMA y Spitzer, el equipo usó observaciones del Chandra para medir los rayos X procedentes del agujero negro, lo que permitió estimar su masa y su tasa de acreción, y empleó el software CIGALE para modelar la energía emitida a lo largo de todo el espectro, desde los rayos X hasta las ondas de radio.
Los resultados sugieren que el sistema alberga una tasa de formación estelar de entre trescientos y setecientos soles por año, varias centenas de veces superior a la de la Vía Láctea, y una enorme reserva de gas sin transformar.
El descubrimiento, realizado con el radiotelescopio ALMA —arriba— en el desierto de Atacama (Chile), revela una de las galaxias más ocultas y cubiertas de polvo del universo, situada a más de 12.000 millones de años luz, cuando el cosmos apenas tenía una cuarta parte de su edad actual. Cortesía: A. Duro/ESO
Un fantasma cósmico entre el polvo
A pesar de su potencia, la galaxia se mantiene completamente invisible a simple vista. Ni el telescopio espacial Hubble ni el Very Large Telescope (VLT) lograron detectarla, lo que implica una atenuación óptica equivalente a decenas de magnitudes: un auténtico muro de polvo cósmico. Solo los fotones más energéticos —los rayos X— y los más fríos —en el submilimétrico— logran escapar de su caparazón.
«Es un objeto que vive en la sombra —resume Zhi-Yu Zhang, coautor del estudio y miembro del Observatorio Europeo Austral (ESO). Y añade—: Sabemos que está ahí solo porque el polvo nos lo dice».
Los astrónomos planean ahora observarla con el James Webb, que puede penetrar más profundamente en el infrarrojo y revelar detalles sobre la composición química y la estructura del polvo. También esperan realizar observaciones más finas con ALMA para resolver si el sistema es realmente una fusión de dos galaxias o un solo núcleo masivo.
El lado oculto del cosmos
En los últimos años, las observaciones infrarrojas y submilimétricas han revelado que una parte sustancial de la formación estelar del universo primitivo ocurrió en galaxias completamente ocultas a los telescopios ópticos.
Estos universos paralelos de polvo fueron invisibles hasta la llegada de instrumentos capaces de detectar su resplandor térmico.
La galaxia descubierta tras el Cuásar del Trébol es un ejemplo perfecto de esta cosmología de lo invisible. Aunque representa un hallazgo casual, su estudio podría ayudar a llenar un hueco importante en la historia cósmica: cómo las galaxias pasaron de ser fábricas de estrellas envueltas en polvo a las estructuras ordenadas que vemos hoy.
Un descubrimiento fortuito que abre nuevas ventanas al universo
En astronomía, muchos de los descubrimientos más notables llegan por sorpresa. En este caso, los investigadores no buscaban una nueva galaxia, sino que simplemente estaban explorando las líneas moleculares de un cuásar bien conocido. Pero esa coincidencia —una línea espectral fuera de lugar, un punto brillante en el mapa submilimétrico— condujo a un hallazgo que revela un nuevo actor en el drama de la evolución cósmica.
La galaxia oscura detrás del cuásar del Trébol es, en palabras de Hayatsu, «una cápsula del tiempo del universo polvoriento», un recordatorio de que la mitad de la historia del cosmos permanece oculta tras velos de polvo que solo la tecnología más avanzada empieza a levantar.
Y aunque su descubrimiento fue por pura serendipia, su estudio podría resultar clave para entender cómo nacen y crecen las galaxias gigantes y los cuásares que, miles de millones de años después, alumbran el cielo con su luz antigua. ▪️
Fuente: Natsuki H. Hayatsu et al. Serendipitous Discovery of an Optically-Dark Ultra-Luminous Infrared Galaxy at z = 3.4. arXiv (2025). DOI:
https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.00590
