Mucho antes de convertirse en la luminosa espiral que llamamos hogar, la Vía Láctea era un enjambre extenso y caótico de miles de galaxias pequeñas, según muestran nuevas investigaciones.
Los hallazgos sugieren que, en los primeros 2 mil millones de años después del Big Bang, la región del universo que llegaría a ser nuestra galaxia estaba repleta de miles de galaxias más pequeñas de distintos tamaños y formas. Con el tiempo, estas galaxias colisionaron y se fusionaron hasta convertirse en la única galaxia en la que habitamos hoy.
«Al mirar estos resultados, es muy claro que la física que ocurría justo después del Big Bang tiene un impacto directo en lo que vemos hoy en el universo local», dijo en un comunicado el coautor del estudio Harley Katz, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago.
Para entender más sobre el universo temprano, los astrónomos construyen modelos computacionales sofisticados que codifican las leyes de la naturaleza para ver cómo podría haber evolucionado el cosmos. El nuevo trabajo, resultado de tres años de simulaciones en supercomputadoras, es el rastreo más detallado hasta la fecha de cómo una galaxia como la nuestra llegó a existir. También llega en un momento en que los astrónomos necesitan una vara de medir más sólida para lo que están viendo en el universo temprano.
Megatron, el transformador cósmico
El telescopio espacial James Webb (JWST) puede mirar más lejos en el universo temprano que cualquier otro telescopio anterior, y sus descubrimientos a menudo han desafiado a los modelos computacionales. Por ejemplo, JWST encontró galaxias tempranas sorprendentemente brillantes y una nueva y misteriosa clase de galaxias compactas denominadas «Pequeños Puntos Rojos». Estas anomalías demuestran que los modelos computacionales actuales necesitan actualizarse para manejar la física compleja del universo temprano, dijeron los investigadores.
Para cerrar esa brecha, los científicos construyeron un nuevo conjunto de simulaciones en supercomputadora que llaman Megatron. Al rastrear gas antiguo, luz estelar y química desde 180 millones de años hasta 2 mil millones de años después del Big Bang, Megatron predice las firmas de luz distintivas de sus galaxias virtuales, según el comunicado. Dado que JWST recolecta el mismo tipo de datos espectrales a lo largo de un intervalo similar en el tiempo cósmico, los científicos pueden cruzar directamente la simulación con observaciones reales para identificar qué están perdiendo los modelos antiguos, dijeron los investigadores.
La simulación también rastrea cómo se formaron, murieron y forjaron las primeras estrellas del universo, creando los elementos esenciales que hacen posible la vida tal como la conocemos. Al comparar la simulación con observaciones de JWST de galaxias tempranas y con las huellas químicas dejadas en estrellas antiguas, los científicos pueden entender mejor cómo esas primeras estrellas enriquecieron su entorno, dijeron los investigadores.
«En conjunto, estas observaciones complementarias nos permiten poner a prueba modelos rivales de las primeras estrellas de formas que antes no eran posibles», dijo en un comunicado el coautor del estudio Martin Rey, físico teórico de la astrofísica en la Universidad de Bath, Reino Unido.
Los científicos detallaron sus hallazgos en uno de los seis artículos que publicó la colaboración Megatron el 30 de septiembre en The Open Journal of Astrophysics.
Armando la Vía Láctea
La simulación del equipo empieza 180 millones de años después del Big Bang, cuando el universo está despojado de estrellas y galaxias y contiene sólo gas primordial. A medida que transcurren los siguientes 2 mil millones de años, el modelo captura cómo las primeras estrellas iluminan el universo oscuro y dan inicio al «amanecer cósmico», que finalmente culmina en las muertes violentas de esas estrellas. Al morir, las estrellas esparcen elementos pesados recién forjados como carbono, oxígeno e hierro en el gas circundante, sentando las bases para futuras estrellas y planetas.
La simulación termina 2 mil millones de años después del Big Bang, pero las fusiones de la Vía Láctea continuaron mucho después de este punto, y los científicos siguen descubriendo rastros de las pequeñas galaxias que se han unido a ella. La fusión masiva más reciente, con la galaxia enana Sagitario, comenzó hace más de 6 mil millones de años y aún continúa desarrollándose.
Los resultados de la simulación ayudan a los científicos a entender cómo ciertos parámetros de la física impactan el universo temprano y a emparejar mejor las observaciones de JWST con los modelos computacionales. Pero también ponen de relieve áreas que requieren más estudio.
«Pero también hay cosas que no estamos entendiendo bien, lo cual es interesante también — ¿cuáles son las partes que aún nos faltan?», dijo Katz en un comunicado.
Los miembros del equipo Megatron en el Reino Unido ya están desarrollando la próxima generación de simulaciones, respaldadas por tiempo dedicado en los supercomputadores del país. Esas simulaciones incluirán física más compleja, como agujeros negros activos, que JWST ha revelado ser sorprendentemente comunes en el universo temprano, dijeron los investigadores.
