¿Cómo destruye galaxias el viento cósmico detectado por James Webb?

Un gigantesco flujo de gas observado en el universo primitivo está vaciando una galaxia del material que necesita para fabricar nuevas estrellas. No la despedaza ni la hace estallar, como podría sugerir el verbo destruir: la deja sin combustible. Una muerte lenta para nuestros relojes, fulminante para los tiempos del cosmos.

El fenómeno ha sido detectado en CRISTAL-02, un sistema galáctico visto cuando el universo apenas tenía unos 1.100 millones de años. Las mediciones del telescopio espacial James Webb y del observatorio ALMA revelan que está expulsando gas aproximadamente al doble de velocidad con la que forma estrellas. Si ese vendaval continúa y no entra material nuevo, la galaxia podría apagarse en menos de 50 millones de años.

La observación ofrece una explicación bastante terrenal —dentro de lo que permite una distancia de miles de millones de años luz— para uno de los enigmas abiertos por el propio Webb: la presencia de numerosas galaxias masivas que dejaron de producir estrellas demasiado pronto. Quizá no hizo falta una física exótica ni un universo adolescente con reglas distintas. Bastaron choques, supernovas y una juventud llevada al exceso.

Un viento que no rompe galaxias, pero las deja estériles

La expresión viento asesino de galaxias funciona de maravilla en un titular, aunque necesita una traducción menos cinematográfica. En astronomía, una galaxia se considera muerta o inactiva cuando prácticamente ha dejado de formar estrellas. Las que ya existen pueden seguir brillando durante muchísimo tiempo; lo que desaparece es la capacidad de engendrar otras nuevas.

Las estrellas nacen en nubes densas de gas frío. Ese gas actúa como la harina de una panadería cósmica: sin él pueden quedar hornos, paredes y olor a lo que hubo, pero no saldrá nada nuevo. Cuando un flujo suficientemente potente calienta, dispersa o expulsa ese material, la formación estelar cae hasta detenerse.

Eso es lo que parece estar ocurriendo en CRISTAL-02. El sistema lanza al espacio intergaláctico una enorme cantidad de gas frío e ionizado, formando una estructura alargada que se extiende miles de años luz. Parte de ese material se mueve a varios cientos de kilómetros por segundo y podría escapar definitivamente de la atracción gravitatoria de la galaxia.

No hay, pues, una trituradora cósmica recorriendo el firmamento. Hay algo más sutil y quizá más devastador: una galaxia que consume y arroja su despensa al mismo tiempo. Esa es la anatomía de una posible muerte galáctica.

CRISTAL-02 vive deprisa y empieza a pagar la factura

CRISTAL-02 se encuentra a un desplazamiento al rojo de 5,3, lo que permite verla tal como era unos 1.100 millones de años después del Big Bang. Su luz ha viajado durante cerca de 12.700 millones de años antes de alcanzar los instrumentos terrestres y espaciales. Mirarla equivale a abrir una ventana cuando el universo todavía era joven, turbulento y bastante poco dado a la calma.

El sistema posee una masa estelar cercana a los 20.000 millones de masas solares y está formando alrededor de 260 masas solares al año. Es un ritmo feroz, unas tres veces superior al habitual para galaxias comparables de aquella época. La Vía Láctea, como referencia doméstica, produce apenas unas pocas masas solares anuales.

Ese frenesí tiene una cara menos amable. El gas está saliendo de CRISTAL-02 a un ritmo aproximado de 520 masas solares por año, con una incertidumbre propia de observaciones tan remotas. La fuga duplica la velocidad a la que la galaxia transforma materia en estrellas y supera ampliamente los flujos encontrados en otros sistemas masivos del mismo periodo.

Si la formación estelar y la expulsión mantuvieran sus niveles actuales, y si no llegara una nueva reserva de gas desde el entorno, el depósito molecular podría agotarse en unos 50 millones de años. Una estimación más amplia sitúa en menos de 100 millones de años la posible eliminación de buena parte del gas frío. Ambas cifras describen el mismo paisaje: una adolescencia cósmica corta, brillante y violenta.

La fusión galáctica encendió la hoguera

CRISTAL-02 no parece ser una galaxia aislada con una vida ordenada. Las imágenes muestran varios núcleos o acumulaciones estelares que estarían atravesando las fases finales de una fusión entre galaxias. Es un choque gravitatorio a cámara lenta, sin el estruendo de las películas, pero con consecuencias enormes.

Durante una fusión galáctica, las fuerzas gravitatorias comprimen y canalizan grandes cantidades de gas hacia las regiones centrales. Allí se desencadenan estallidos de formación de estrellas: nacen muchísimas en muy poco tiempo, incluidas estrellas masivas que consumen rápidamente su combustible y terminan explotando como supernovas.

Una sola supernova puede lanzar materia y energía a distancias enormes. Miles de ellas actuando en una zona compacta se comportan como una batería de motores. Sus ondas de choque se superponen, arrastran el gas y levantan un viento galáctico capaz de atravesar la estructura entera.

La paradoja es casi literaria. CRISTAL-02 podría morir no por haber producido pocas estrellas, sino por haber creado demasiadas y demasiado deprisa. El éxito, llevado al límite, termina cerrando la fábrica estelar.

Webb y ALMA vieron distintas caras del mismo vendaval

El hallazgo no procede de una fotografía convencional ni de una mancha luminosa interpretada con entusiasmo. Los investigadores combinaron datos de James Webb y ALMA, dos instalaciones que observan componentes diferentes del sistema.

El James Webb, mediante sus instrumentos de infrarrojo cercano, permitió estudiar la distribución de las estrellas y las emisiones del gas ionizado. Su espectrógrafo NIRSpec separó la luz en distintas longitudes de onda, algo parecido a desplegar un arcoíris extremadamente preciso, y reveló la velocidad, la composición y el movimiento del material.

ALMA, el conjunto de radiotelescopios situado en el desierto chileno de Atacama, siguió la emisión del carbono ionizado, conocida como línea de [C II]. Esa señal permite rastrear gas frío, justo el ingrediente decisivo para que una galaxia continúe fabricando estrellas.

Ambas observaciones dibujaron una estructura coherente: conos de gas ionizado, una extensa pluma de material frío y velocidades compatibles con una expulsión real. No se trata simplemente de gas agitado dentro de una colisión. Su geometría, sus movimientos y las señales de ondas de choque apuntan a un flujo que sale desde una de las regiones con mayor actividad estelar.

El componente frío alcanza una velocidad estimada de unos 640 kilómetros por segundo. Algunas trazas del gas ionizado llegan a valores cercanos a 740 kilómetros por segundo. El viento contiene alrededor de 1.500 millones de masas solares en gas y posee una energía comparable a la que podrían aportar las supernovas producidas por el actual brote estelar.

El agujero negro no parece ser el principal culpable

Los agujeros negros supermasivos suelen ocupar el banquillo cuando una galaxia pierde su gas. Al alimentarse, pueden generar un núcleo galáctico activo, radiación intensa, chorros y vientos capaces de barrer grandes regiones. Durante años han sido uno de los mecanismos favoritos para explicar el apagado de las galaxias masivas.

CRISTAL-02 ofrece una variante. Los análisis de sus líneas de emisión no muestran que un núcleo galáctico activo aporte una cantidad de energía dominante. En particular, la débil señal del helio ionizado encaja mejor con un viento impulsado por estrellas masivas y supernovas que con la actividad actual de un agujero negro.

La prudencia sigue siendo obligatoria. El estudio no puede descartar por completo que existiera un núcleo activo más potente en el pasado y que después se debilitara. El universo remoto no entrega certificados notariales; entrega fotones antiguos, débiles y estirados por la expansión.

Aun así, la explicación más consistente con los datos es que la propia formación estelar, intensificada por la fusión, ha generado el viento. No haría falta un gigantesco agujero negro funcionando a pleno rendimiento. Las estrellas habrían preparado su propia tormenta.

Un hallazgo que explica las galaxias muertas demasiado pronto

Desde sus primeras campañas científicas, el James Webb ha encontrado más galaxias inactivas y galaxias masivas en el universo temprano de las que predecían algunos modelos. El problema no consiste solo en explicar cómo crecieron con tanta rapidez, sino también cómo pudieron dejar de formar estrellas cuando apenas había transcurrido una pequeña fracción de la historia cósmica.

CRISTAL-02 une las dos mitades del misterio. Primero, una fusión concentra el gas y provoca un estallido de formación estelar. Después, las estrellas masivas explotan y expulsan el combustible restante. La galaxia crece deprisa, alcanza una masa considerable y se apaga poco después. Nacimiento, banquete y resaca, todo comprimido en unas decenas de millones de años.

El mecanismo podría haber sido frecuente. Cerca de la mitad de las galaxias masivas observadas en esa época muestran señales de interacción o de grandes fusiones. Si esos encuentros desencadenaban brotes estelares semejantes, también podrían haber producido vientos capaces de frenar la formación de estrellas a gran escala.

Eso no significa que el caso esté resuelto para todas las galaxias tempranas. El apagado galáctico puede deberse a distintas causas: agujeros negros activos, agotamiento del gas, calentamiento del entorno, falta de nuevo material o interacciones con otras galaxias. CRISTAL-02 es un caso individual, no un censo completo del universo joven.

Tampoco está muerta todavía. El estudio la ha sorprendido durante una fase de expulsión y calcula su posible evolución si las condiciones se mantienen. El gas podría regresar, llegar material nuevo desde el medio intergaláctico o cambiar el ritmo de formación estelar. En cosmología, una trayectoria probable no equivale a una sentencia ejecutada.

El universo aprendió a apagarse muy pronto

La importancia del descubrimiento no reside en que exista un viento galáctico; se conocen fenómenos similares en sistemas cercanos como M82. Lo extraordinario es haber observado con tanto detalle un flujo de varias fases —gas frío e ionizado— cuando el universo tenía poco más de mil millones de años.

Sus propiedades resultan sorprendentemente parecidas a las de los vientos impulsados por estrellas en épocas posteriores. La eficacia con la que las supernovas transfieren energía al gas podría haber permanecido relativamente estable durante unos 12.000 millones de años de historia cósmica, pese a que aquellas primeras galaxias eran más compactas, agitadas y productivas.

El Webb no ha fotografiado una galaxia explotando. Ha captado algo científicamente más valioso: el posible instante en que una galaxia joven empieza a perder el futuro. Mientras su interior fabrica estrellas a una velocidad descomunal, el viento arroja fuera la materia con la que podría fabricar las siguientes.

Así pudieron aparecer gigantes envejecidos en un universo joven que aún estaba estrenándose. No murieron de vejez. Se consumieron en plena juventud.