El primer gran estallido de estrellas: así se formaron las galaxias como la Vía Láctea

Un nuevo estudio descubre que la mayoría de las galaxias de emisión Lyman alfa atravesaban su primera gran formación estelar durante el mediodía cósmico, un suceso que arroja luz sobre el origen de galaxias como la Vía Láctea.

Por Enrique Coperías

La Vía Láctea flota en los cielos despejados del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile, con la estudiante de posgrado de la Rutgers Nicole Firestone en la silueta. El astrofísico de Rutgers Eric Gawiser y su grupo realizan numerosos estudios utilizando sus instalaciones.

Un equipo internacional de astrónomos ha conseguido observar, con una resolución sin precedentes, cómo eran las galaxias en uno de los momentos más agitados y formativos del universo: el llamado mediodía cósmico, un periodo ocurrido entre 2.000 y 3.000 millones de años después del Big Bang.

La investigación, liderada por la astrofísica Nicole Firestone, de la Universidad Rutgers, en Estados Unidos, ha revelado que la mayoría de las galaxias conocidas como emisoras de Lyman alfa (LAE, por sus siglas en inglés) estaban atravesando su primer gran brote de formación estelar en ese momento.

El hallazgo, publicado en l revista The Astrophysical Journal Letters, representa un avance fundamental en la comprensión de cómo nacen y evolucionan las galaxias. Según los investigadores, estas galaxias podrían ser ancestros directos de sistemas como nuestra propia Vía Láctea.

«Ahora que sabemos cuándo estas galaxias dieron a luz por primera vez sus estrellas, hemos descubierto la “historia del origen” de nuestra propia galaxia —afirma Firestone en un comunicado de la Rutgers. Y añade—: Esto desbloquea uno de los grandes misterios de la creación».

¿Qué son las LAE y por qué son importantes para entender el cosmos?

Las LAE son galaxias especialmente útiles para estudiar el universo primitivo, porque emiten intensamente una línea específica del espectro ultravioleta: la Lyα o Lyman alfa, generada por átomos de hidrógeno excitados en regiones donde se forman nuevas estrellas.

Esta emisión ultravioleta, al ser estirada por la expansión del universo, llega a nosotros como luz visible, lo que permite detectarlas a distancias enormes. De hecho, muchas de estas galaxias se remontan a más de 12.000 millones de años atrás.

Desde hace décadas, los astrónomos se preguntaban si estas galaxias eran realmente jóvenes, en pleno primer estallido de formación estelar, o si, por el contrario, estaban ante sistemas más antiguos que reanudaban la formación de estrellas tras un periodo de inactividad. Esta distinción es crucial para entender los caminos evolutivos de las galaxias y cómo se construyen con el tiempo.

Un proyecto ambicioso: el mapeo de las primeras galaxias con ODIN

Gracias al proyecto ODIN (siglas en inglés de One-hundred-deg² DECam Imaging in Narrowbands), el equipo pudo responder por primera vez con claridad a esta cuestión. ODIN utiliza la cámara de energía oscura (DECam), instalada en el telescopio de 4 metros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile. Con filtros diseñados especialmente para capturar la línea Lyα, ODIN ha permitido identificar miles de galaxias Lyman alfa en el firmamento.

«Hasta ahora, dudábamos de si habíamos mirado lo suficientemente atrás en el tiempo como para encontrar los puntos de partida de galaxias como la Vía Láctea —confiesa Eric Gawiser, profesor de Física y Astronomía en la Universidad Rutgers y coautor principal del estudio. Y continúa—: Ahora sabemos que la respuesta a ese interrogantes es un sí».

Un emisor Lyman alfa (izquierda) y una impresión artística del aspecto que podría tener visto a una distancia relativamente cercana (derecha). Cortesía: Left panel: D. Alexander et al. S. Chapman et al. T. Hayashino et al. J. Geach et al. Right Illustration: M.Weiss

Hallazgo clave: el 95% de las LAE estaban en su mayor brote de estrellas

El equipo cruzó los datos de ODIN con el catálogo fotométrico de UVCANDELS, una base de datos multibanda que incluye observaciones desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Así, lograron obtener información detallada del espectro de energía de 74 galaxias Lyman alfa seleccionadas, lo que permitió inferir sus propiedades físicas y su historial de formación estelar.

Para ello, Firestone y sus colegas utilizaron una técnica innovadora de aprendizaje automático desarrollada en la Rutgers por el propio Gawiser y su exalumno Kartheik Iyer. Esta metodología, conocida como Dense Basis, permite reconstruir las curvas de formación estelar sin imponer una forma rígida, algo que las técnicas paramétricas tradicionales no permiten.

De este modo, los astrónomos pudieron identificar si una galaxia había tenido múltiples brotes estelares, cuándo ocurrieron y con qué intensidad. Los resultados del trabajo fueron muy reveladores:

✅ Aproximadamente un 67% de las galaxias estaban atravesando su primer gran estallido de formación estelar en el momento en que fueron observadas.

✅ Un 28% ya había tenido episodios de formación previos, pero el actual era el más intenso.

✅ Solo un 5% había experimentado su máxima actividad estelar en el pasado, y ahora se encuentran en una fase más tranquila.

En conjunto, un abrumador 95% de las galaxias LAE estaban en lo que los autores llaman una fase formativa, es decir, su mayor etapa de creación de estrellas hasta la fecha.

«Por primera vez, hemos podido demostrar de forma definitiva que la mayoría de las galaxias galaxias Lyman alfa están experimentando su primer gran estallido estelar y albergan solo a estrellas muy jóvenes», subrayó Firestone.

Diferencias entre LAE y otras galaxias jóvenes (LBG)

Para comprender mejor qué distingue a las LAE los astrónomos compararon sus historiales de génesis estelar con los de otro tipo de galaxias llamadas galaxias Lyman break (LBG), que también son jóvenes y activas pero que son detectadas mediante otros métodos. Aunque ambas están formando estrellas, los investigadores hallaron que:

✅ Las galaxias LAE suelen estar en su primer gran brote de formación estelar, mientras que las galaxias Lyman break —especialmente las más masivas— ya han tenido otros brotes anteriores y están atravesando uno nuevo. Es decir, las LBGs tienen una historia de formación estelar más extensa.

✅ Las galaxias Lyman alfa están formando más estrellas recientemente: en promedio, han creado un 30% más de masa estelar en los últimos 200 millones de años que las LBG.

✅ Esto sugiere que las LAE están en una etapa más temprana de evolución galáctica, mientras que las galaxias Lyman break ya han avanzado más en su proceso de crecimiento.

«Este descubrimiento nos ayuda a entender cómo era nuestra propia galaxia cuando comenzó a formar estrellas —apunta Gawiser—. Las galaxias Lyman alfa son, probablemente, los progenitores de galaxias como la Vía Láctea».

Algunos miembros del grupo del astrofísico Eric Gawiser (de izquierda a derecha): Bailey Thompson, Irene Moskowitz, Joseph Santos, Nicole Firestone, George Kharchilava, Eric Gawiser y Govind Ramgopal. Cortesía: Eric Gawiser

¿Una sola fase o múltiples vidas como galaxias Lyman alfa?

Una de las preguntas más intrigantes que aborda el estudio es si una galaxia puede ser una LAE más de una vez en su vida. Dado que se trata de una fase marcada por condiciones físicas específicas —alta formación estelar, poco polvo, escape eficiente de fotones Lyα—, no es obvio si este estado puede repetirse.

El análisis mostró que alrededor del 34% de las galaxias Lyman alfa estudiadas habían tenido, en algún momento anterior, tasas de formación estelar comparables a las actuales. Esto sugiere que, al menos en algunos casos, una galaxia puede entrar y salir de la fase LAE en función de sus ciclos internos.

«Una galaxia puede ser una LAE en múltiples ocasiones a lo largo de su historia», coinciden en afirmar los autores, aunque matizan que otros factores, como la geometría del medio interestelar y la orientación de la galaxia respecto a la Tierra, también juegan un papel decisivo en la visibilidad del Lyα.

Implicaciones cósmicas: ¿cómo se formó la Vía Láctea?

Más allá del valor intrínseco de conocer los orígenes de galaxias como la nuestra, el estudio tiene implicaciones más amplias para la cosmología. Las LAE se utilizan como trazadores del universo temprano: su distribución permite cartografiar estructuras a gran escala y estudiar fenómenos como la reionización o la formación de cúmulos galácticos.

Por ello, entender en qué momento del ciclo de vida se encuentran estas galaxias —y cómo varía ese momento de una a otra— es clave para interpretar correctamente los mapas del universo distante.

«Estos resultados muestran que las galaxias Lyman alfa no son todas iguales. Hay múltiples caminos evolutivos que pueden conducir a una galaxia a brillar intensamente en Lyα —explica Firestone. Y comenta—: Eso abre nuevas líneas de investigación sobre cómo se ensamblan las galaxias, cómo interactúan con su entorno y qué condiciones permiten que emerjan como faros del cosmos».

Un paso más en la comprensión de nuestro lugar en el universo

Como reconoce Firestone y su equipo, el estudio no cierra todas las incógnitas. Aún quedan por explorar los mecanismos exactos de transferencia radiativa del Lyα, los efectos del polvo interestelar y las condiciones del medio galáctico que favorecen —o impiden— la emisión. También se necesitarán observaciones espectroscópicas más profundas para confirmar algunos de los casos más raros encontrados.

Pero lo que sí ha logrado este trabajo es abrir una ventana privilegiada a uno de los capítulos más tempranos y fundamentales del universo. Gracias a la combinación de tecnología de vanguardia, métodos innovadores de análisis y una estrategia observacional ambiciosa, los científicos han podido ver, con claridad inédita, cómo empieza a latir el corazón de una galaxia.

Y entre esas galaxias distantes, puede que hayamos vislumbrado, al fin, los primeros pasos de la que acabaría siendo nuestro propio hogar cósmico.▪️

• Información facilitada por la Universidad Rutgers

• Fuente: Nicole M. Firestone et al. ODIN: Star Formation Histories Reveal Formative Starbursts Experienced by Lyα-emitting Galaxies at Cosmic Noon. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adbf8c