Astrónomos descubren una población de «galaxias ocultas» que desafía los modelos actuales del universo
Un misterioso resplandor en el espectro del infrarrojo pone sobre la pista a los científicos de lo que podría ser una población fantasma de galaxias, que han permanecido invisibles hasta ahora. Este hallazgo podría reescribir lo que sabemos sobre la evolución del cosmos, dicen los astrónomos.
Por Enrique Coperías
El mapa final de la imagen SPIRE de campo oscuro se creó combinando los canales azul (250 micrómetros), verde (350 micrómetros) y rojo (500 micrómetros) de la cámara SPIRE a bordo del telescopio Herschel. Cada canal apila un total de 141 imágenes individuales, una encima de otra. Las manchas de la imagen son galaxias individuales o grupos de galaxias. Sin embargo, la foto está tan llena que casi no hay espacio vacío y las galaxias más débiles se funden con la luz de fondo en el mapa. Cortesía: Chris Pearson et al.
Un equipo internacional de científicos ha obtenido la imagen más profunda jamás tomada del universo en el infrarrojo lejano, en la que aparece lo que podría ser una población hasta ahora desconocida de galaxias ocultas. El retrato cósmico muestra casi 2.000 galaxias distantes y fue creado por un equipo de investigadores dirigido por el STFC RAL Space y el Imperial College de Londres, en el Reino Unido.
Hay que tener presente que el infrarrojo lejano es una parte del espectro electromagnético que abarca longitudes de onda más largas que el infrarrojo medio, aproximadamente entre 25 y 350 micras. Este tipo de radiación no es visible al ojo humano, pero es clave en astronomía, porque permite detectar objetos fríos y polvorientos del universo, como galaxias en formación, regiones de nacimiento estelar y polvo interestelar, que no emiten luz visible pero sí calor.
Este hallazgo, realizado a partir del campo oscuro del instrumento SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REceiver) del Observatorio Espacial Herschel, una misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzada el 14 de mayo de 2009 a bordo de un Ariane 5, tiene el potencial de transformar nuestra comprensión sobre la formación y evolución de las galaxias.
Una imagen sin precedentes del cielo infrarrojo
De confirmarse su existencia, esta nueva población galáctica pondría en jaque los modelos cosmológicos actuales, tanto en el conteo total de galaxias como en los procesos que explican su evolución.
Además, estas galaxias ocultas podrían resolver un antiguo misterio astronómico: explicar el balance energético del universo en longitudes de onda infrarrojas. Su luz combinada podría llenar el vacío existente en la medición de la energía infrarroja de fondo cósmico, y cerrar así un capítulo crucial en el estudio de la energía emitida por el cosmos.
Este descubrimiento se produjo gracias a un meticuloso trabajo de apilamiento de 141 observaciones del telescopio Herschel, realizadas durante su fase de calibración. El resultado es una imagen profunda y de alta resolución del llamado campo oscuro Herschel-SPIRE, situado cerca del Polo Norte de la Eclíptica.
Una luz muy tenue
Recordemos que este es el punto del cielo que se encuentra perpendicular al plano por el que la Tierra orbita alrededor del Sol, conocido como la eclíptica. Está situado en la constelación del Dragón —el polo sur es la constelación Dorado—, debido a su posición, es una zona ideal para observaciones astronómicas continuas, ya que es visible durante todo el año desde el hemisferio norte.
«Este trabajo ha llevado la ciencia con Herschel a su límite absoluto, y saca a la luz una posible población completamente nueva de galaxias que están contribuyendo a la luz más tenue que podemos observar en el universo», dice Chris Pearson, de STFC RAL Space y autor principal de uno de los dos artículos publicados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
La imagen obtenida alcanza una profundidad cinco veces superior a cualquier observación previa del mismo instrumento y cubre un área de aproximadamente 30 minutos de arco, con una zona central más profunda de 12 minutos de arco. Esta última fue creada mediante múltiples observaciones repetidas en el modo de escaneo más preciso del instrumento SPIRE.
Galaxias polvorientas e invisibles a los métodos tradicionales
Pearson señala que esta región se eligió precisamente por su bajo fondo de emisión —emite muy poca radiación infrarroja de fondo, es decir, tiene muy poca contaminación luminosa natural proveniente del polvo interestelar o de otras fuentes— y ausencia de fuentes brillantes, ideal para detectar señales débiles.
Lo que hace excepcional a esta imagen no es solo su profundidad, sino la capacidad de revelar galaxias extremadamente polvorientas y frías, que no emiten luz visible, pero sí lo hacen en longitudes de onda submilimétricas.
Estas son precisamente las regiones donde se forman la mayoría de las estrellas jóvenes, lo que convierte a este hallazgo en una ventana directa a las etapas más activas de formación estelar en el universo primitivo.
Sin embargo, la densidad de galaxias en la imagen era tal, que muchas de ellas comenzaron a fusionarse visualmente, haciendo imposible distinguirlas con métodos convencionales.
Inteligencia estadística para sondear el desenfoque cósmico
Ante este desafío, los investigadores emplearon sofisticadas técnicas estadísticas y de modelado por inferencia, como el uso del algoritmo XID (cross-identification) para identificar fuentes individuales ocultas en la imagen difusa.
«Empleamos técnicas estadísticas para sortear este hacinamiento, analizando las partes más borrosas de la imagen para modelizar la distribución subyacente de galaxias que no se distinguen individualmente en la imagen original —explica el estudiante de doctorado Thomas Varnish, del MIT y del Imperial College de Londres, quien lideró esta parte del análisis».
En palabras de Varnish, «lo que encontramos fue la posible evidencia de una población completamente nueva de galaxias débiles, ocultas en el desenfoque de la imagen, demasiado débiles para ser detectadas por métodos convencionales».
El campo oscuro SPIRE fue observado en distintas longitudes de onda, desde imágenes más nítidas del telescopio Spitzer (3,5 a 24 micras) hasta las más borrosas de SPIRE (250 a 500 micras), debido a su menor resolución. Esto resalta cómo cambia la apariencia del cielo según la longitud de onda y la dificultad de identificar galaxias individuales en el infrarrojo lejano. Crédito: Chris Pearson et al. (Herschel), Krick et al. 2009 (Spitzer)
Doble metodología: detección tradicional y guiada por catálogo
Para validar los resultados, el equipo comparó dos métodos de extracción de fuentes: el SUSSEXtractor, una técnica clásica basada en mapas; y XID, una técnica asistida por catálogos de datos previos; en este caso, usó el archivo del Spitzer-MIPS 24 μm, que cuenta con la mayor resolución y profundidad en el infrarrojo medio.
Ambos métodos ofrecieron resultados consistentes, aunque el método XID permitió detectar fuentes hasta el doble de débiles que las alcanzadas por métodos tradicionales.
Esto es clave, ya que demuestra la existencia potencial de galaxias que han escapado a todos los censos anteriores, incluso los realizados por telescopios como el Herschel y el Spitzer.
Implicaciones para el balance energético del universo
La existencia de estas galaxias ocultas tiene profundas implicaciones. La mitad de la energía producida por el universo proviene de luz estelar absorbida por el polvo cósmico y reemitida en el infrarrojo. «Cuando observamos la luz de las estrellas a través de telescopios normales, solo vemos la mitad de la historia del universo; la otra mitad está oscurecida por polvo interestelar», comenta Pearson en un comunicado de la Royal Astronomical Society.
Estas galaxias aportarían la energía infrarroja que falta para cerrar el balance energético cósmico, especialmente en longitudes de onda entre 250 y 500 micras, que corresponden a las bandas del instrumento SPIRE.
Dicho de forma sencilla, este balance energético del cosmos no es otra cosa que la comparación entre toda la energía que emite el universo, principalmente en forma de luz de estrellas y radiación, y la que se observa actualmente en distintas longitudes de onda. Incluye tanto la luz visible como la que ha sido absorbida por el polvo y reemitida en el infrarrojo.
Entender este balance permite saber si falta energía por detectar y cómo se distribuye entre los distintos procesos y objetos cósmicos.
La importancia del archivo de Herschel… y sus límites
A pesar de que la misión Herschel terminó en 2013, su archivo sigue produciendo hallazgos revolucionarios, como afirma David Clements, astrónomo del Imperial College de Londres: «Estos resultados demuestran lo valioso que sigue siendo el archivo de datos de Herschel. Más de una década después de su retirada, aún ofrece descubrimientos de primer nivel».
Pero también advierte lo siguiente: «Sin embargo, no podemos obtener más datos en estas longitudes de onda. Para continuar, necesitamos una nueva misión de infrarrojo lejano, como PRIMA».
PRIMA, el futuro del infrarrojo lejano
La misión PRIMA (Probe Far-Infrared Mission for Astrophysics), propuesta a la NASA, busca ser la sucesora del legado de Herschel. Contará con un telescopio de 1,8 metros y equipamiento de nueva generación para realizar imágenes y espectroscopía entre 40 y 250 micras, cubriendo así el vacío existente entre James Webb y los radiotelescopios.
PRIMA estará equipada con el PRIESS, un espectrómetro multicanal cien veces más rápido que Herschel; y la PRIMAger, una cámara hiperespectral que podría detectar fuentes por debajo del límite de confusión, algo nunca antes logrado.
También se barajan otras propuestas, como son los telescopios SALTUS (Single Aperture Large Telescope for Universe Studies) y FIRSST (Far-Infrared Spectroscopy Space Telescope), pero hasta ahora PRIMA es la que más cerca está de convertirse en realidad.
La frontera del universo aún guarda secretos
No cabe duda de que el descubrimiento de una posible población de galaxias ocultas infrarrojas no solo rompe modelos astronómicos vigentes, sino que también señala una frontera observacional: lo que aún no podemos ver, pero cuya presencia se siente a través del brillo acumulado en el infrarrojo.
Gracias al trabajo combinado de archivo, tecnología y análisis estadístico, el campo oscuro SPIRE se ha convertido en uno de los entornos más fértiles para la exploración de galaxias del universo temprano.
Este estudio no solo refuerza el valor del legado de Herschel, sino que marca el camino hacia futuras misiones que quizá permitirán ver por completo ese 50 % del universo que todavía está envuelto en polvo. ▪️
Información facilitada por la Royal Astronomical Society
Fuente: Chris Pearson, Thomas W O Varnish, Xinni Wu, David L Clements, Ayushi Parmar, Helen Davidge, Matthew Pearson. The Herschel-SPIRE Dark Field I: the deepest Herschel image of the submillimetre Universe. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf335
