INVESTIGACIÓN

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Los misterios del universo

Gaspar Galaz Thomas Puzia y Franz Bauer

Los misterios del universo

La formación y la evolución de las galaxias todavía es una de las grandes incógnitas que oculta la ciencia. Por eso, los astrónomos Gaspar Galaz, Thomas Puzia y Franz Bauer buscan incansablemente sus respuestas entre gases interestelares, agujeros negros activos y cúmulos de estrellas.

A Gaspar Galaz, astrónomo de la Universidad Católica, le gusta cambiar sus temas de investigación y, por sobre todo, estudiar cosas que han sido dejadas de lado.

No porque no sean interesantes, sino porque en su momento no existían los instrumentos necesarios para continuar profundizando en ellas. Por eso, hoy es el único chileno embarcado en analizar un tipo de galaxias tan raras como frecuentes y que podrían develar grandes secretos sobre la formación de estrellas.

"A los 12 años fui al observatorio Tololo y a los 17 a La Silla, y me impactó mucho ver a la gente trabajando y los telescopios abiertos al atardecer", dice el académico del Departamento de Astronomía y Astrofísica UC: "Me encantaba la ciencia. Me gustaba más la física que la astronomía. Siempre estuve flirteando con las dos cosas, pero lo que hizo decidirme fueron los telescopios –en especial los que se iban a instalar, como el Very Large Telescope, en Paranal– y el sentir que estabas al filo del universo".

En ese filo, justamente, está concentrado en estos momentos: en las enigmáticas galaxias de bajo brillo superficial, que tienen un montón de propiedades interesantes como su baja tasa de formación de estrellas, la enorme cantidad de materia oscura que ostentan y su tendencia a estar aisladas en el universo.

"Hay miles detectadas", cuenta el académico. "Si tomas un espacio acotado del universo, este tipo de galaxias son largamente superiores a las normales, como la nuestra. Es decir, el 80% de ellas forman muy pocas estrellas y ese es un dato extremadamente interesante" agrega.

Visión panorámica

Entender la formación y evolución de las galaxias puede entregar muchas pistas de cómo funciona el universo en general. Las de bajo brillo superficial, por ejemplo, forman hasta 60 veces menos estrellas que las galaxias de alto brillo superficial como la nuestra.

"Pueden ser muy grandes y tener una distribución de formación estelar muy tímida; sin embargo, en un momento tuvieron que formar muchas, pero de repente dejaron de hacerlo y no sabemos por qué", explica Gaspar Galaz.

Pero lo que desconcierta a este académico y a su equipo –integrado por astrónomos de las universidades de Chile, Washington y Maryland– es que aún tienen bastante material o gas para formar estrellas, pero no lo utilizan. Para hacerlo, se necesita que el gas esté frío y así pueda aglomerarse.

"En ese estado, la velocidad promedio de las partículas es muy pequeña y eso permite que el gas se pueda condensar. Pero cuando la velocidad es grande, ello se opone al colapso gravitacional que se necesita para formar una estrella a partir del gas molecular", detalla el científico.

Encontraron que por una causa aún desconocida, cuenta Gaspar Galaz, el medio interestelar de algunas de estas galaxias está, en promedio, un poco más caliente que lo que se esperaría, por lo que el gas molecular tiene movimientos en promedio mucho mayores y que impedirían la formación de estrellas.

El grupo descubrió esto por primera vez hace dos años, trabajo que fue publicado en el Astrophysical Journal Letters, y que los convirtió en pioneros de esta nueva hipótesis.

"Para poder comprobar si efectivamente esta es la razón que impide la formación estelar, postularemos a tiempo en el ALMA, lo que nos permitirá ver dentro de esas nubes de gas, y medir con precisión la temperatura del gas molecular y del polvo", asegura el astrónomo.

El ALMA, Atacama Large Millimeter/submit llimeter Array, es el radiotelescopio más grande construido y que se está levantando en el llano de Chajnantor, a 5.000 metros de altura, cerca de San Pedro de Atacama.

Con él, no solo Gaspar Galaz sino también astrónomos de todo el mundo podrán observar cosas que aún no son posibles de ver. "Si no tuviéramos a ALMA, sería prácticamente imposible seguir con esta investigación, puesto que el gas de estas galaxias emite muy poca radiación", dice el científico.

Otra de las grandes incógnitas de las galaxias de bajo brillo superficial es la enorme fracción de materia oscura que poseen. "Ésta no se puede detectar directamente, pero ejerce tal fuerza gravitacional que impacta en su dinámica, es decir, en cómo rotan", explica.

En general, agrega el académico del Departamento de Astronomía y Astrofísica UC, estas galaxias están aisladas en el universo, algo atípico para el resto de las galaxias.

Por ello, no sabe si esto produce su principal característica, bajo brillo superficial –poca densidad de estelar– o si se trata simplemente de que solo se forman en soledad.

El astrónomo reconoce que, a nivel mundial, no hay tanta gente concentrada en este fenómeno. El tema estuvo más de moda en los años 80, porque se descubrieron muchas galaxias de bajo brillo superficial, pero se perdió el rumbo porque se necesitaban instrumentos poderosos que aún no existían en esa época.

Hoy, en tanto, está seguro de que los resultados obtenidos son elocuentes y pueden tener alto impacto, asegura Galaz.


BARRIOS DE ESTRELLAS DAN PISTAS DE LOS ORIGENES

El astrónomo alemán Thomas Puzia había venido muchas veces a Chile a trabajar y siempre le gustó. Por eso no le costó mucho tomar la decisión de seguir con su investigación desde el Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC, a donde llegó en 2010. "Por primera vez en mi carrera este cambio me tranquilizó, no necesito pensar en el siguiente paso. Estoy muy contento enfocándome en mi ciencia y en enseñar", dice.

Pero no solo fue el país lo que lo atrajo, sino también la enorme infraestructura en telescopios que tiene Chile, que va en aumento, y que solo desde acá se pueden ver las Nubes de Magallanes. Es ahí donde se encuentra la mayoría de los cúmulos globulares más cercanos en el cielo, o grandes concentraciones de estrellas –que pueden llegar a los varios millones– lo suficientemente jóvenes como para desentrañar su formación.

El objetivo del académico es tratar de entender cómo se forman las galaxias a través de los sistemas de cúmulos globulares. "Podemos observarlas, pero a cierta distancia ya no podemos ver las estrellas individualmente, por lo que es muy difícil saber cómo se forman las estructuras", explica.
Hasta ahora se creía que todas las estrellas de una galaxia se formaban de una sola vez, pero estudios recientes descubrieron que puede haber más de una generación y que no solo se diferencian por edad sino también por composición. Tratando de desentrañar esto, Thomas Puzia descubrió una relación entre los compuestos químicos y la masa inicial de los cúmulos.

El problema es que para comprobarlo debe cotejar su teoría con el proceso de formación de la estructura, cosa que es casi imposible con la tecnología actual: "No podemos mirar 13 mil millones de años hacia atrás, cuando ellas se formaron". Y es aquí donde la Nube de Magallanes entra en escena. "Ahí hay unos pocos cúmulos que tienen la edad correcta, es decir, aún lo suficientemente jóvenes para poder separar las generaciones en el tiempo y estudiar sus diferencias", afirma Puzia.

En paralelo, el académico está desarrollando un modelo numérico para predecir los espectros de las estrellas que no se pueden ver. "En los cúmulos que están muy lejanos no podemos ver cada una de sus estrellas. Esa luz individual tiene su propio espectro que muestra sus componentes químicos, algo crucial para acercarnos a entender cómo fue la primera generación de galaxias del universo", termina Thomas Puzia. Su modelo podría resolver eso.


DESDE EL CENTRO MAS OSCURO

Otra manera de entender cómo ser forman y evolucionan las galaxias es estudiando sus agujeros negros. Franz Bauer, astrónomo estadounidense quien estuvo a punto de ser parte del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA antes de transformarse en académico del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC, está enfocado en estos objetos súper masivos que poco han develado hasta ahora a la ciencia.

"Todas las galaxias masivas, como la Vía Láctea, tienen en el centro un agujero negro, los que pueden estar activos o dormidos Además se sabe que el tamaño del agujero negro está relacionado con el de la galaxia", explica el astrónomo. "Estoy buscando agujeros negros que se estén alimentando y que no hayamos visto para saber cómo se forman y así, como consecuencia, conocer cómo se forman las galaxias. Queremos determinar si es un proceso que ocurre al mismo tiempo o en forma separada".

El trabajo no es simple, porque determinar cuántos agujeros negros están activos en el universo cercano no es una cuenta que se pueda hacer con certeza. "Si se mira en las diferentes longitudes de ondas, se obtiene información distinta; en el óptico aparecen entre 5 y 10% activos, por ejemplo, mientras que en el infrarrojo la cifra sube entre un 15% y un 20%", asegura Franz Bauer. Esa estadística podría entregar datos clave para conocer a fondo la tumultuosa relación entre una galaxia y su agujero negro.