El dilema cósmico del huevo o la gallina: ¿nacieron antes las estrellas o los agujeros negros?

Vivimos rodeados de situaciones en las que se puede aplicar este dilema: ¿qué fue primero, el huevo o la gallina? Aquí voy a abordar uno muy actual, en el ámbito astrofísico, que involucra a los procesos de formación de las galaxias. Ahí sí nos explayamos. Presentamos el problema con conceptos telegráficos, de los que ya hemos hablado y podemos invitar al lector a referirse a otros artículos de la sección.

Las galaxias no siempre existieron. Hubo una época, hace casi 13 000 millones de años, en la que no había estrellas, solo una sopa de materia, luz y energía oscura. Un universo no estático no era del agrado de Einstein, pero sus propias ecuaciones —en manos de Lemaître, Leavitt y Hubble— demostraron que estaba equivocado.

Las galaxias se están apagando. Las galaxias como la nuestra, esas hermosas espirales y elípticas cercanas, se están muriendo —o ya están bastante muertas—. Basta comparar cuántas estrellas se forman hoy con cuántas albergan. Las cuentas no salen: al ritmo actual, la Vía Láctea tardaría varias vidas del Universo en fabricar las que ya posee. Por lo tanto, en el pasado las galaxias debieron de ser mucho más vivas en la formación de estrellas, algo que hemos confirmado al estudiar el Universo cuando contaba con aproximadamente la mitad de su edad actual.

Algo detiene la fabricación de estrellas. Como solo un pequeño porcentaje del material disponible —predominantemente hidrógeno— acaba convirtiéndose en estrellas, algo debe de estar deteniendo ese proceso. Y el culpable, según la teoría más aceptada que manejamos los astrofísicos, es el agujero negro supermasivo que habita el núcleo de todas las galaxias. Esos agujeros negros supermasivos típicamente tienen una masa que es una milésima de la masa estelar de la galaxia que los alberga, y aun así tienen una influencia extraordinaria en la evolución del cosmos.

Esa teoría establece que en algún momento del universo joven, quizás unos 100 o 200 millones de años después del Big Bang, todavía no sabemos muy bien cuándo, empezaron a formarse las primeras estrellas al condensarse el gas primigenio (principalmente hidrógeno, y también algo de helio y muy pequeña cantidad de otros elementos como el litio). Y así nacen las primeras galaxias donde, de alguna manera, aparecen y crecen agujeros negros supermasivos. Por procesos que llamamos retroalimentación negativa, esos agujeros negros supermasivos, acaban impidiendo que el gas siga teniendo las propiedades adecuadas para formar estrellas, porque la energía que libera el agujero negro evita que el gas condense en las galaxias. Así que lo que tendríamos es un proceso de formación de estrellas, luego de formación de agujero negro supermasivo, y al final este pararía la formación de estrellas.

Pero el telescopio espacial JWST nos está cambiando esta visión, que quizás era muy inocente. Estamos descubriendo multitud de galaxias muy distantes, es decir, existentes cuando el universo era muy joven, que ya tenían agujeros negros supermasivos. ¡Y eran muy muy grandes cuando el universo tenía menos de un 10% de su edad actual! Incluso entre las, digamos, diez galaxias más distantes que conocemos, con una distancia completamente confirmada, la mitad podrían tener agujeros negros tan masivos como el de la misma Vía Láctea, alrededor de un millón de soles, o incluso algo mayores. Son tan grandes que su masa podría ser mayor que la masa en forma de estrellas de las galaxias anfitrionas en ese universo joven. Nótese el verbo en condicional: todavía estamos comprobando nuestros cálculos. También hemos descubierto unos objetos que podrían tener masas incluso mayores solo un poco más tarde, en el primer 15% de la historia del universo, los llamados pequeños puntos rojos. Es muy difícil explicar cómo se han podido formar esos agujeros negros tan grandes en tan poco tiempo, y en galaxias con tan pocas estrellas.

Y aquí viene el dilema del huevo y la gallina. ¿El proceso realmente fue que se formaron estrellas, estas crearon agujeros negros, que luego crecieron, y finalmente estos pararon la formación estelar? ¿O quizás los agujeros negros precedieron a las primeras estrellas, luego se empezaron a formar los soles, los agujeros negros crecieron y finalmente mataron las galaxias? Llamen huevo a los agujeros negros y gallina a las estrellas o al revés.

La pregunta no es baladí. Si los agujeros negros supermasivos estaban ahí antes que las estrellas, quizás favorecieron que se formaran soles en un primer momento, para luego hacer justo lo contrario, evitar que se formaran más. Si los agujeros negros estaban ya ahí, su origen no puede ser estelar, que es el origen del que tenemos bastantes datos, sabemos qué estrellas forman agujeros negros (pero pequeñitos comparados con esos supermasivos). ¿Y entonces qué pasó? ¿Estaban ahí siempre? ¿Se formaron por un proceso aún no observado, y quizás completamente desconocido, o conocido pero no comprobado?

El dilema del huevo y la gallina no es nuevo. Parece que ya Aristóteles habló de él, en su afán por identificar causas y efectos y buscar el primer motor inmóvil. Todas las gallinas provienen de huevos y todos los huevos dan gallinas. No parece poder haber una cosa sin la otra y viceversa, dejando a un lado disquisiciones sobre evolución de especies (sí, hubo huevos antes que gallinas). Hay una secuencia infinita, y Aristóteles concluyó que no hay un origen, nada puede ir primero en esa secuencia. Si nada puede ir primero, entonces cuestionamos el concepto de tiempo. De hecho, Plutarco parece que se preguntó, pensando sobre el mismo problema, sobre si el mundo tenía un comienzo. Y de ahí podemos pasar a discutir sobre la creación y saltar a la teología. No es lo mío ni lo de esta sección.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología, y Eva Villaver, subdirectora del Instituto de Astrofísica de Canarias.