Si pudiéramos ver una galaxia tal como era hace entre 10.000 y 12.000 millones de años, no veríamos la espiral ordenada que imaginamos al pensar en la Vía Láctea. Muchas galaxias de aquella época parecen más bien un puñado de manchas brillantes: regiones densas donde nacen estrellas a gran ritmo. Los astrónomos las llaman clumps, grumos. Lo que no está tan claro es qué son exactamente, y un nuevo trabajo publicado en el repositorio arXiv intenta resolver una discusión que viene de lejos.

Este artículo es un resumen propio del preprint SCALES. I. Bridging Lensed Clump – Giant Clump Scales in Lensed Galaxies at z=1-4, firmado por Boris S. Kalita, Adélaïde Claeyssens, Luis C. Ho, Miroslava Dessauges-Zavadsky, Natascha M. Förster Schreiber, Emanuele Daddi y otros nueve coautores. Se ha enviado a The Astrophysical Journal, aún no ha pasado la revisión por pares y se distribuye con licencia CC BY 4.0 (DOI: 10.48550/arXiv.2610.03866).

Dos telescopios, dos versiones de la historia

El problema de partida es de resolución. En las observaciones normales de galaxias lejanas, los grumos aparecen como estructuras «gigantes» de alrededor de un kilopársec (unos 3.000 años luz). Sin embargo, cuando la naturaleza echa una mano con una lente gravitacional (una galaxia o cúmulo situado delante que curva y amplifica la luz del objeto del fondo), los astrónomos pueden ver detalles mucho más finos y encuentran grumos de solo unos 100 pársecs, diez veces más pequeños.

Cada tipo de observación ha llevado a interpretaciones que chocan entre sí. ¿Son los grumos gigantes objetos reales y masivos o son, en realidad, una suma de piezas más pequeñas que la falta de nitidez emborrona en una sola mancha? La serie SCALES (siglas en inglés de «grumos de formación estelar como estructuras emergentes por capas») nace precisamente para conectar ambas escalas.

Cómo separar lo pequeño de lo grande

En esta primera entrega, el equipo presenta una técnica de descomposición de la imagen llamada diferencia de gaussianas. Dicho de forma sencilla: el método modela a la vez dos componentes de la luz de cada galaxia.

• Los grumos compactos, de entre 100 y 300 pársecs, como los que se ven en galaxias amplificadas por lentes.
• Un «componente extendido» a escala de kilopársec que recoge toda la luz que no pertenece a un grumo compacto.

La idea es que, al bajar la resolución, ambos juntos formarían los grumos gigantes de los estudios sin lente. Los autores insisten en que ese componente extendido se trata como un fondo local, no como un objeto físico, y dejan su estudio detallado para el siguiente artículo de la serie.

Aplicaron el método a 23 galaxias con lente moderada, cuya luz está amplificada entre 2 y 9 veces aproximadamente, y con distancias medidas por espectroscopía equivalentes a desplazamientos al rojo de 1 a 4. Es decir, vemos esas galaxias tal como eran cuando el universo tenía, aproximadamente, entre 1.500 y 6.000 millones de años.

Lo que han encontrado

Los resultados principales sobre los grumos compactos son tres:

• Un techo de masa. La masa en estrellas de los grumos se queda en torno a 10^8,5 masas solares, unos 300 millones de soles. No aparecen grumos más masivos.
• Pocos grumos grandes. Al contar cuántos grumos hay de cada masa, la pendiente de la distribución sale de 2,19 ± 0,06, más pronunciada de lo habitual. Según los autores, podría reflejar un corte físico en el extremo de las masas altas.
• Parecidos a lo largo del tiempo. Estudios previos sugerían que los grumos cambiaban con la época cósmica (más densos o más pesados respecto a su galaxia en el pasado). El equipo sostiene que esas tendencias están exageradas por un sesgo de detección: a mayor distancia, solo se detectan los grumos más brillantes. Corregido eso, los grumos de 100 a 300 pársecs serían bastante similares entre z = 1 y z = 4.

Por último, combinando masas, tamaños y edades estimadas con medidas de movimiento del gas tomadas de otros trabajos, los autores proponen que incluso los grumos de 100 pársecs estarían formados por subcomponentes mucho más pequeños, parecidos a cúmulos de estrellas. La estructura sería, por tanto, como unas muñecas rusas: grumos gigantes que contienen grumos menores que, a su vez, contienen cúmulos.

Limitaciones a tener en cuenta

Conviene leer estos resultados con prudencia. Se trata de un preprint sin revisión por pares todavía. La muestra es de 23 galaxias, suficiente para extraer tendencias, pero modesta. Corregir la amplificación de las lentes gravitacionales exige modelos de la propia lente que añaden incertidumbre. Además, la conclusión sobre los subcomponentes es un argumento indirecto: no se han observado directamente esas estructuras más pequeñas, sino que se deducen combinando datos propios con medidas de otros estudios. Y la parte que más interesa para cerrar el debate, qué son realmente los grumos gigantes, queda para el segundo artículo, que según los autores se publica de forma simultánea.

Por qué importa

Los grumos son una pieza clave para entender cómo se construyeron las galaxias como la nuestra: si eran objetos enormes y masivos, podrían haber migrado hacia el centro y ayudado a formar los bulbos galácticos; si son agregados de piezas pequeñas, su papel sería distinto. Este trabajo propone una forma sistemática de comparar observaciones de resoluciones muy diferentes y sugiere que la formación estelar en el universo joven se organiza por capas, de lo grande a lo diminuto. Si se confirma, obligará a revisar parte de lo que creíamos saber sobre la infancia de las galaxias.