Un equipo internacional liderado desde España ha identificado en una galaxia situada a unos 1.300 millones de años luz un depósito descomunal de pequeñas moléculas orgánicas, tan abundante que los modelos teóricos actuales no logran justificarlo. El hallazgo ha sido posible gracias a las observaciones en el infrarrojo del telescopio espacial James Webb, capaz de atravesar las densas cortinas de gas y polvo que ocultan el corazón de este tipo de galaxias.
Esta investigación marca un punto de inflexión para la astrobiología y la química interestelar, porque permite observar “en directo” procesos de formación, destrucción y transformación de moléculas orgánicas en un entorno extremo. Los resultados apuntan a que el núcleo de esta galaxia funciona como una auténtica fábrica cósmica de compuestos orgánicos, alimentada por la acción de los rayos cósmicos que emanan de su agujero negro central.
Un estudio con sello español en una galaxia extrema
El trabajo está encabezado por el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), con participación del Instituto de Física Fundamental (IFF-CSIC), la Universidad de Alcalá (Madrid) y la Universidad de Oxford (Reino Unido). Los resultados se han publicado en la revista Nature Astronomy, lo que subraya la relevancia internacional de este avance y sitúa a la comunidad científica española en primera línea del uso científico del James Webb.
La protagonista del estudio es la galaxia IRAS 07251-0248, un sistema catalogado como Galaxia Infrarroja Ultraluminosa (ULIRG). Este tipo de objetos se forma, en general, tras la colisión de dos galaxias masivas, un choque violento que desencadena una intensísima actividad energética y genera enormes cantidades de polvo cósmico. En este caso, la colisión ha envuelto por completo el núcleo galáctico en una densa nube que absorbe la luz visible y ultravioleta, convirtiéndola en calor que se reemite en el infrarrojo.
Precisamente por esa capa opaca de polvo, los telescopios ópticos tradicionales apenas habían podido rascar información sobre el interior de IRAS 07251-0248. Sin embargo, la galaxia brilla con una fuerza extraordinaria en el infrarrojo, lo que la convierte en un blanco idóneo para los instrumentos del James Webb. Gracias a su sensibilidad, ha sido posible estudiar regiones que hasta ahora permanecían, en la práctica, fuera de nuestro alcance observacional.
Según los autores, la galaxia se encuentra entre las más oscurecidas conocidas, pero ese mismo oscurecimiento es, paradójicamente, el que crea el entorno perfecto para desarrollar una química compleja. En esas zonas tan densas y protegidas de la radiación más destructiva, el polvo y el gas pueden experimentar procesos físicos que favorecen la formación de moléculas cada vez más elaboradas.
Desde el punto de vista europeo, el estudio ilustra el papel clave de los consorcios científicos en los que colaboran instituciones españolas y británicas utilizando infraestructuras internacionales como el James Webb o el Observatorio ALMA, cuya construcción y operación cuentan con la Agencia Espacial Europea (ESA) como socio principal de la NASA.
El ojo infrarrojo del James Webb y un inventario químico sin precedentes
Para desentrañar el interior polvoriento de IRAS 07251-0248, el equipo ha empleado observaciones espectroscópicas del telescopio espacial James Webb (JWST) en el rango de 3 a 28 micras, una franja del infrarrojo especialmente adecuada para estudiar regiones muy oscurecidas por el polvo. Se han combinado datos de dos instrumentos clave: NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) y MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio).
Estos espectros permiten detectar las “huellas dactilares” químicas de diferentes especies en el gas y en los sólidos. Concretamente, se han identificado firmas espectrales asociadas a moléculas orgánicas en fase gaseosa, a hielos (como el hielo de agua) y a distintos tipos de granos de polvo ricos en carbono. Analizando el brillo y la forma de estas señales, los investigadores han podido estimar la abundancia y la temperatura de numerosas especies químicas.
El resultado es un inventario extraordinariamente rico de pequeñas moléculas orgánicas, muy por encima de lo esperado. Entre las especies detectadas destacan el benceno (C₆H₆), el metano (CH₄), el acetileno (C₂H₂), el diacetileno (C₄H₂) y el triacetileno (C₆H₂). Además, por primera vez se ha detectado radical metilo (CH₃) fuera de la Vía Láctea, un hito que abre la puerta a estudiar con más detalle los procesos que dan lugar a moléculas más complejas.
Algunas de estas moléculas solo se habían observado hasta ahora en entornos relativamente cercanos: regiones del Sistema Solar, ciertas zonas de la Vía Láctea o galaxias enanas como la Nube de Magallanes, y en cantidades mucho menores. La presencia de un inventario tan amplio y abundante de compuestos orgánicos en una galaxia tan distante desafía las predicciones de los modelos químicos actuales.
Ismael García Bernete, investigador del CAB y primer firmante del trabajo, subraya que se han encontrado abundancias muy superiores a las previstas por las simulaciones: una “complejidad química inesperada” que obliga a revisar cómo entendemos la evolución química en los núcleos de galaxias muy oscurecidas. Según explica, este escenario implica que debe existir una fuente continua de carbono que mantenga activa esta intensa producción de moléculas orgánicas.
Además del gas, los datos apuntan a una enorme cantidad de material sólido en forma de hielos y granos de polvo ricos en carbono. Esta combinación de fases sólida y gaseosa es esencial para explicar cómo se ensamblan y se rompen las moléculas en el medio interestelar, especialmente en entornos tan extremos como el núcleo de una ULIRG.
Rayos cósmicos y agujero negro: el motor de una fábrica orgánica
Más allá de elaborar el catálogo químico, el estudio plantea un mecanismo físico para explicar cómo se genera esa producción tan eficiente de moléculas orgánicas. Los modelos propuestos sugieren que la clave está en los rayos cósmicos, partículas de altísima energía asociadas a la actividad del agujero negro supermasivo que reside en el centro de IRAS 07251-0248.
En el medio interestelar de esta galaxia hay una abundancia notable de polvo rico en carbono y de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH, por sus siglas en inglés), moléculas complejas formadas por anillos de carbono. Cuando los rayos cósmicos atraviesan esas regiones tan densas, impactan contra los granos de polvo y los PAH, provocando un proceso de fragmentación y erosión a escala microscópica.
Este bombardeo constante actúa como una especie de “pulidora cósmica” que va rompiendo las estructuras más grandes en piezas cada vez más pequeñas. De esta forma, se libera una fuente sostenida de carbono y fragmentos moleculares que alimenta la formación de compuestos como el metano, el benceno, el acetileno o el radical metilo. Es decir, el mismo proceso que destruye moléculas complejas genera, al mismo tiempo, un caldo químico muy rico en moléculas más sencillas.
El equipo ha encontrado una correlación entre la intensidad de la ionización producida por los rayos cósmicos y la abundancia de ciertos hidrocarburos, lo que refuerza esta interpretación. En lugar de un papel secundario, las partículas energéticas y el entorno extremo del núcleo galáctico se convierten en el motor principal de esta “química orgánica desbocada”.
Desde el punto de vista de la evolución galáctica, este mecanismo implica que los núcleos profundamente oscurecidos podrían ser mucho más activos químicamente de lo que se pensaba. Lejos de ser simples sumideros de polvo y gas, estas regiones funcionarían como fábricas de moléculas orgánicas con capacidad para influir en la composición química de amplias zonas de la galaxia a lo largo del tiempo.
Implicaciones para la vida y para la exploración del universo oculto
Aunque el estudio no se centra en la detección de vida, sí tiene consecuencias directas para entender cómo se inicia la complejidad química que, en entornos adecuados, podría desembocar en procesos prebióticos. Las pequeñas moléculas identificadas, como el metano o el benceno, se consideran ladrillos básicos que, mediante reacciones sucesivas, pueden dar lugar a estructuras orgánicas de mayor tamaño y sofisticación.
En este sentido, el descubrimiento sugiere que el universo podría albergar muchas más regiones ricas en compuestos orgánicos de lo que se pensaba, especialmente en los núcleos de galaxias muy oscurecidas que hasta ahora resultaban prácticamente invisibles en otros rangos del espectro. Cada nuevo entorno en el que se confirma una química orgánica rica amplía el abanico de escenarios donde podrían surgir las condiciones previas a la vida.
Para la comunidad científica europea, el trabajo supone también una demostración práctica del potencial del James Webb para explorar el “universo oculto”: aquellas zonas en las que el polvo bloquea la luz visible, pero deja pasar la radiación infrarroja. La combinación de la capacidad tecnológica del telescopio y el know-how de grupos de investigación como el CAB o el IFF-CSIC abre la puerta a campañas sistemáticas para estudiar galaxias infrarrojas ultraluminosas y otros núcleos activos.
Además, el hallazgo ayuda a refinar los modelos que describen cómo se forman, crecen y se destruyen los hidrocarburos en el medio interestelar. Hasta ahora no se entendía bien el equilibrio entre la destrucción de moléculas complejas por radiación o choques y la formación de nuevas especies orgánicas. Los resultados de IRAS 07251-0248 proporcionan evidencias observacionales claras de un mecanismo en el que la destrucción, lejos de frenar la química, la impulsa.
Con todo ello, la galaxia estudiada se convierte en un auténtico laboratorio natural para seguir investigando cómo interactúan el polvo, el gas, los campos de radiación y los rayos cósmicos en la generación de moléculas orgánicas. Los autores esperan que futuras observaciones con el James Webb y otros telescopios permitan comparar IRAS 07251-0248 con otros núcleos oscurecidos y evaluar si este tipo de “fábricas” químicas son algo excepcional o, por el contrario, un rasgo común en la historia evolutiva de muchas galaxias.
Todo apunta a que aún queda mucho por aprender de estas regiones ocultas: el inventario “bestial” de moléculas orgánicas detectado en IRAS 07251-0248 es solo el primer paso de una línea de investigación que promete redefinir nuestra visión de la química del cosmos, del papel de los agujeros negros en la transformación de la materia y del potencial del James Webb para revelar un universo mucho más rico y dinámico de lo que intuíamos.
