Un estudio explica por qué las galaxias más masivas del Universo joven dejaron de formar estrellas de manera precoz

Un modelo señala la ocurrencia de fusiones entre galaxias, describe cómo esto generó intensos brotes de producción estelar y formación de agujeros negros supermasivos, y sostiene que la acción de los núcleos activos bloqueó el suministro de materia prima para nuevas estrellas

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Las observaciones astronómicas muestran que las galaxias más masivas del Universo joven, formadas aproximadamente entre 3 y 4 mil millones de años después del Big Bang, dejaron de producir estrellas muy temprano en la historia cósmica: alrededor de mil millones de años después de haber comenzado. Este comportamiento, bastante extraño, venía intrigando a los especialistas del área. A modo de comparación, nuestra galaxia, la Vía Láctea, cuya edad equivale a la del propio Universo, continúa produciendo estrellas –aunque con una tasa baja de formación– incluso 13,5 mil millones de años después de haberse constituido.

Un estudio realizado en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), en Brasil, en colaboración con instituciones internacionales, y publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, propone una respuesta consistente para este problema.

“Nos enfocamos en dos poblaciones aparentemente distintas: galaxias con intensa formación estelar, ricas en polvo [dusty star-forming galaxies, DSFGs], y galaxias masivas quiescentes, sin actividad de formación estelar [massive quiescent galaxies, MQs]”, afirma Laerte Sodré Junior, profesor titular jubilado, exdirector del IAG-USP y director de tesis doctoral del autor principal del estudio, Pablo Araya-Araya.

Las DSFGs son extremadamente activas, formando estrellas a tasas de hasta 500 masas solares por año (en comparación, la Vía Láctea forma cerca de una masa solar al año). Envueltas en densas nubes de polvo, son prácticamente invisibles en el óptico (franja del espectro electromagnético con longitudes de onda de 380 a 780 nanómetros). Sin embargo, brillan intensamente en el submilimétrico (de 0,2 a 1 milímetro) y en el infrarrojo medio (de 4,9 a 28,8 micrones). Por ello, fueron detectadas por miles mediante los radiotelescopios del Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (Alma), que operan en el rango milimétrico-submilimétrico. Parte de ellas tuvo sus estructuras espaciales y composiciones estelares caracterizadas por el Telescopio Espacial James Webb, que opera en el infrarrojo.

Las MQs constituyen un gran desafío para los modelos de formación galáctica, explica Sodré. “Se formaron y dejaron de producir estrellas rápidamente, dentro de los primeros miles de millones de años de la historia del Universo”, afirma.

Para investigar la conexión entre ambas poblaciones, los investigadores utilizaron un modelo semianalítico de formación de galaxias, rastreando sus trayectorias evolutivas en corrimientos al rojo (redshifts) de 2 a 4, es decir, cuando el Universo tenía entre 3 y 4 mil millones de años. Vale recordar que los redshifts son desplazamientos de la radiación electromagnética hacia longitudes de onda mayores como consecuencia de la expansión del Universo.

El resultado muestra que entre el 86 % y el 96 % de las MQs pasaron previamente por una fase como galaxias formadoras de estrellas ricas en polvo (DSFGs). Es decir, prácticamente todas estas galaxias inertes tuvieron un pasado extremadamente activo. Pero no todas las DSFGs siguen ese destino.

La explicación propuesta por el estudio es que cada galaxia progenitora de una MQ experimentó una fusión temprana y violenta con otra galaxia de masa similar. Ese evento catastrófico habría desencadenado dos procesos simultáneos: un brote extremo de formación estelar y el rápido crecimiento de un agujero negro supermasivo en la región central. “La fusión de las dos galaxias concentró grandes cantidades de gas en el núcleo, desencadenando simultáneamente el brote extremo de formación estelar y la intensa alimentación del agujero negro supermasivo”, resume Sodré.

“En ese proceso, el gas frío es rápidamente consumido, mientras que la energía liberada por el núcleo activo calienta el gas del halo circundante e impide que se enfríe y vuelva a incorporarse a la galaxia, bloqueando el suministro de materia prima para nuevas estrellas e interrumpiendo la formación estelar en menos de mil millones de años”, explica el científico.

En contraste, la mayor parte de las galaxias formadoras de estrellas y polvo crece de manera más gradual, mediante procesos de larga duración, con fusiones relevantes que ocurren solo en épocas posteriores, lo que resulta en un consumo más lento del gas y en un eventual apagamiento tardío de la formación estelar, observado en redshifts menores.

Las operaciones recientes del Telescopio Espacial James Webb han contribuido al mapeo de las DSFGs. Al mismo tiempo, revelaron un número mayor del esperado de galaxias masivas quiescentes en el Universo joven.

El modelo propuesto aún no resuelve completamente el problema, pues persisten discrepancias entre predicciones y observaciones. “Estamos observando muchas más galaxias con emisiones submilimétricas de las que podíamos prever”, admite Sodré.

Aun así, el estudio ofrece una estructura coherente para explicar la evolución de las DSFGs hacia las MQs, a partir del modelo de fusión de galaxias, brote de formación estelar y constitución de agujeros negros supermasivos. El avance en esta área dependerá de modelos teóricos más refinados, simulaciones numéricas más realistas y nuevas observaciones. Instrumentos como el Giant Magellan Telescope (GMT) –actualmente en construcción en el Observatorio Las Campanas, en el desierto chileno de Atacama, bajo uno de los cielos más secos y estables del planeta– deberán desempeñar un papel crucial en este proceso.

“Con su espejo colector de 24,5 metros, el GMT podrá producir imágenes con resoluciones entre tres y cuatro veces mejores que las del James Webb”, subraya Sodré. Se espera que el equipo entre en funcionamiento a mediados de la próxima década.

El trabajo contó con apoyo de la FAPESP mediante ayuda al proyecto especial “Explorando el Universo, desde la formación de galaxias hasta los planetas tipo Tierra, con el GMT” y una beca de doctorado para Marcelo Vicentin, quien también participó en el estudio.

El artículo The connection between dusty star-forming galaxies and the first massive quenched galaxies puede leerse en: aanda.org/articles/aa/full_html/2026/03/aa57426-25/aa57426-25.html.