Una fábrica de estrellas sobrecalentada desvela los secretos del universo primitivo
Oculta tras un velo de polvo incandescente, una galaxia que surgió apenas 600 millones de años después del big bang está forjando estrellas a un ritmo descomunal. Su calor extremo revela cómo las primeras galaxias encendieron el universo.
Por Enrique Coperías
Brillando en un rojo intenso desde el pasado remoto: la galaxia Y1 resplandece gracias a diminutos granos de polvo calentados por estrellas recién formadas (marcados con un círculo en esta imagen del telescopio James Webb). Cortesía: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, España), J. D’Silva (Universidad de Australia Occidental), A. Koekemoer (STScI), J. Summers y R. Windhorst (ASU), y H. Yan (Universidad de Misuri).
En el universo primitivo, apenas 600 millones de años después del big bang, una galaxia diminuta y polvorienta estaba fabricando estrellas a un ritmo frenético, escondida tras un velo de polvo cósmico tan cálido que desafía los modelos actuales de formación galáctica.
El hallazgo, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society por un equipo internacional liderado por Tom Bakx, de la Universidad Tecnológica Chalmers, en Suecia, describe con detalle la galaxia MACS0416_Y1, una fábrica estelar tan brillante en el infrarrojo que se sitúa en la categoría de las galaxias infrarrojas ultraluminosas (ULIRG), un tipo de objeto que hasta ahora solo se había observado en épocas mucho más tardías del cosmos.
El estudio combina observaciones del radiotelescopio ALMA, instalado en el desierto de Atacama (Chile), con imágenes del telescopio espacial James Webb. La detección más reciente, en una frecuencia extremadamente alta —la denominada banda 9 de ALMA—, ha permitido medir por primera vez la temperatura real del polvo cósmico que envuelve a esta galaxia: unos 90 grados Kelvin (−180 °C). Se trata de un valor sorprendentemente alto para un objeto tan temprano en la historia del universo.
Esa temperatura, unida a su brillo infrarrojo, confirma que Y1 alberga una intensa actividad de formación estelar oculta a la vista de los telescopios ópticos.
🗣️ «Estamos mirando hacia una épocaen la que el universo formaba estrellas mucho más rápido que hoy —explica Bakx en un comuncado de la Universidad Tecnológica Chalmers. Y añade—: Observaciones anteriores habían evidenciado la presencia de polvo en esta galaxia, lo que la convierte en la más lejana de la que hemos detectado directamente la luz procedente de polvo incandescente. Eso nos hizo sospechar que esta galaxia podría estar funcionando como un tipo distinto y sobrecalentado de fábrica de estrellas. Para comprobarlo, nos propusimos medir su temperatura».
Una galaxia diminuta pero de actividad descomunal
MACS0416_Y1 se encuentra a un corrimiento al rojo de z = 8,31, lo que significa que la luz que nos llega partió cuando el universo tenía solo un 5 % de su edad actual, que es de aproximadamente 13.800 millones de años. La galaxia fue descubierta originalmente en 2019, detrás del cúmulo de galaxias MACS J0416.1−2403, que actúa como una lente gravitacional y amplifica su luz.
Pese a ese aumento, Y1 sigue siendo un sistema modesto, con una masa estelar de apenas mil millones de soles. Sin embargo, su radiación infrarroja indica una luminosidad equivalente a un billón de soles, propia de las galaxias más poderosas conocidas.
Esa combinación de tamaño pequeño y brillo descomunal se explica porque la mayor parte de su luz ultravioleta —emitida por estrellas jóvenes— queda absorbida por el polvo cósmico y reemitida en forma de radiación infrarroja. Según los autores, el 93 % de la formación estelar de Y1 está oculta tras ese polvo, lo que significa que observaciones limitadas al rango visible o ultravioleta habrían pasado por alto la mayor parte de su actividad. Solo los instrumentos capaces de captar la radiación milimétrica de ALMA pueden desvelar el verdadero poder de este minúsculo horno estelar.
Un polvo cósmico más caliente de lo esperado
El gran misterio de Y1 reside en la temperatura de su polvo cósmico. Hasta ahora, los estudios de galaxias del universo temprano habían asumido valores moderados, en torno a 30 o 40 grados Kelvin. Sin embargo, los nuevos datos de ALMA muestran que este material está calentado a más de 90 K, e incluso podrían alcanzarse picos de 100 K (–173,15 °C).
🗣️ «Encontrar polvo tan caliente en una galaxia tan joven es una sorpresa —dice Bakx—. Esto implica que los procesos de formación estelar y de enriquecimiento químico eran mucho más rápidos de lo que pensábamos».
El polvo cósmico se forma a partir de elementos pesados, como el carbono, el oxígeno y el silicio, producidos en el interior de las primeras estrellas y expulsados al morir. En un universo de apenas 600 millones de años, ese material debería ser escaso, pero Y1 demuestra que ya existían reservorios significativos de polvo y metales capaces de enfriar y fragmentar el gas para formar nuevas generaciones de estrellas.
La cantidad total de polvo estelar estimada es modesta, alrededor de un millón de masas solares, pero su temperatura extrema lo convierte en un potente emisor. En realidad, el brillo infrarrojo de Y1 no se debe a una gran reserva de polvo, sino a lo caliente que está, lo que multiplica la luminosidad de manera exponencial. Esa peculiaridad la coloca entre los objetos más luminosos del universo primitivo sin necesidad de ser especialmente masiva.
🗣️ «La temperatura es sin duda gélida si la comparamos con el polvo doméstico de la Tierra, pero es mucho más cálida que la de cualquier otra galaxia comparable que hayamos visto — comenta Yoichi Tamura, de la Universidad de Nagoya, en Japón—. Y continúa—: Esto confirma que se trata realmente de una fábrica de estrellas extrema. Aunque es la primera vez que vemos una galaxia de este tipo, creemos que podrían existir muchas más. Fábricas estelares como Y1 podrían haber sido comunes en el universo temprano».
El brillo del polvo de la galaxia MACS0416-Y1 observado en varias bandas del radiotelescopio ALMA (5, 6, 7, 8 y 9), que cubren longitudes de onda entre 160 y 45 micras. Cada recuadro muestra una zona de apenas 3 segundos de arco de tamaño, con la imagen de fondo y los contornos blancos indicando la emisión detectada. En la esquina inferior izquierda se muestra el haz del telescopio y, a la derecha, la escala de referencia. Cortesía: T. J. L. C. Bakx et al.
Un rompecabezas de luz y materia en el universo temprano
Las imágenes del James Webb muestran que la luz ultravioleta de Y1 —la que escapa sin ser absorbida— proviene de zonas algo desplazadas respecto a las regiones más polvorientas detectadas por ALMA. Esa separación, de unos 200 pársecs (poco más de 600 años luz), sugiere que las estrellas jóvenes y el polvo no están completamente mezclados, y que algunos brotes de formación estelar se desarrollan en nubes densas mientras otros brillan al descubierto.
El mapa de color ultravioleta obtenido con el James Webb revela zonas rojizas, donde la radiación ha sido filtrada por el polvo cósmico, junto a otras más azules y limpias. Este mosaico ayuda a explicar por qué las estimaciones basadas en el espectro visible subestiman la tasa real de formación estelar.
En términos galácticos, Y1 es un sistema caótico, joven y lleno de contrastes, una mezcla de regiones ardientes y nubes frías donde el gas se recicla a gran velocidad.
El laboratorio perfecto del amanecer cósmico
Para los astrónomos, Y1 se ha convertido en un laboratorio privilegiado para estudiar cómo nacieron las primeras generaciones de galaxias. En la jerga técnica, se trata de una galaxia Lyman-break, pero con la particularidad de que gran parte de esa luz ultravioleta está atrapada por el polvo estelar.
Esa dualidad la sitúa en un punto intermedio entre las galaxias brillantes observadas por el James Webb y las galaxias polvorientas detectadas por ALMA en longitudes de onda milimétricas.
Los modelos indican que Y1 posee una metalicidad baja, entre el 10% y el 20% de la del Sol, lo que concuerda con la idea de una galaxia en sus primeras etapas de evolución. Su polvo, probablemente formado por supernovas y por estrellas AGB (rama asintótica de las gigantes), muestra que la producción de elementos pesados se aceleró muy pronto en el universo.
De hecho, el estudio estima que cada supernova en Y1 genera unos 0,07 soles de polvo, un rendimiento coherente con los modelos teóricos de explosiones estelares.
Una generación de estrellas perdida
A pesar de su juventud —las estrellas más brillantes tienen apenas cuatro millones de años—, la presencia de ese polvo cósmico implica que ya existía una población anterior de estrellas que enriqueció el medio.
Esa generación perdida, invisible hoy, habría sembrado el material necesario para que Y1 se convirtiera en el hervidero estelar que observamos.
🗣️ «Las galaxias del universo primitivo parecen demasiado jóvenes para la cantidad de polvo que contienen —advierte la astrofísica Laura Sommovigo, del Instituto Flatiron y la Universidad de Columbia. Y continúa—: Es algo extraño, porque no tienen suficientes estrellas viejas, alrededor de las cuales se forman la mayoría de los granos de polvo. Pero una pequeña cantidad de polvo cálido puede brillar tanto como grandes cantidades de polvo frío, y eso es exactamente lo que estamos viendo en Y1».
En palabras de esta astrofísica, «aunque estas galaxias aún son jóvenes y no contienen muchos elementos pesados ni polvo, lo poco que tienen es a la vez caliente y brillante».
La galaxia Y1 y su entorno, vistos por el telescopio espacial James Webb —en azul y verde— y por el radiotelescopio ALMA —en rojo—.
Cortesía: NASA, ESA, CSA (JWST), T. Bakx / ALMA (ESO / NRAO / NAOJ).
Explosiones, vientos y polvo al rojo vivo
La violencia de la actividad estelar en Y1 tiene consecuencias. Las observaciones de las líneas espectrales de oxígeno ([O III]) y carbono ([C II]) revelan vientos galácticos que escapan a más de 100 kilómetros por segundo, un signo de que el gas ionizado está siendo expulsado al espacio intergaláctico.
Este tipo de vientos cósmicos, impulsados por la radiación de las estrellas jóvenes, desempeñan un papel clave en la evolución del universo temprano: dispersan metales, regulan el crecimiento de las galaxias y alimentan el medio circundante con los ingredientes para nuevas generaciones estelares.
Los autores calculan que Y1 produce unas 150 estrellas por año, una cifra enorme para un sistema tan pequeño. Su vida útil como galaxia de polvo caliente podría ser breve —quizá unos pocos millones de años— antes de que las explosiones estelares disipen el gas y detengan la formación de nuevas estrellas. Pero en ese espacio de tiempo, Y1 podría contribuir de forma significativa al crecimiento de la masa estelar del universo primitivo, un aspecto clave para resolver la aparente discrepancia entre la cantidad de estrellas observadas por el James Webb y las predicciones de los modelos cosmológicos.
Una nueva pieza del rompecabezas cósmico
El hallazgo de Y1 plantea una pregunta incómoda: ¿cuántas galaxias como esta se nos están escapando? Las observaciones en el rango visible y ultravioleta tienden a detectar los sistemas menos polvorientos, mientras que los radiotelescopios sensibles a longitudes de onda más largas se centran en galaxias más masivas y frías.
Los objetos intermedios, pequeños, calientes y ocultos, podrían representar una población perdida que ha pasado desapercibida y que, sin embargo, habría tenido un papel crucial en los primeros mil millones de años del universo.
🗣️ «Si existen muchas más galaxias como Y1, podrían resolver parte del déficit en la tasa de formación estelar cósmica que vemos en los modelos actuales», explica Bakx. Y concluye—: Lo que antes creíamos que era un universo transparente y limpio, quizá estaba lleno de pequeños hornos polvorientos que brillaban más de lo que podíamos ver».
El próximo paso será ampliar la búsqueda con observaciones más profundas de ALMA y del JWST, combinando la precisión infrarroja con el poder óptico del telescopio espacial. Con cada nueva detección, los astrónomos esperan acercarse a la respuesta de una de las grandes preguntas de la cosmología moderna: cómo y cuándo se encendieron las primeras estrellas del cosmos. ▪️
Información facilitada por la Universidad Tecnológica Chalmers
Fuente: T. J. L. C. Bakx et al. A warm ultraluminous infrared galaxy just 600 million years after the big bang. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf1714
