Más allá de la Vía Láctea: investigación doctoral UC busca revelar cómo evolucionan las galaxias del universo
El estudiante del Programa de Doctorado en Astrofísica UC Rohan Rahatgaonkar desarrolla una investigación que estudia galaxias enanas extremadamente débiles para comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias. Su trabajo, que obtuvo el segundo lugar en la competencia nacional Tesis en Tres Minutos (3MT®) Chile, busca responder una de las grandes preguntas de la astronomía moderna: si la Vía Láctea representa un sistema común dentro del universo o si posee características particulares.
Resolver por qué algunas galaxias parecen no comportarse como predicen los modelos cosmológicos actuales es uno de los grandes desafíos de la astronomía contemporánea. En esa frontera del conocimiento se sitúa la investigación doctoral de Rohan Rahatgaonkar, quien estudia algunas de las estructuras más tenues del universo para comprender qué información conservan sobre la formación y evolución de las galaxias.
Aunque son las galaxias más numerosas del cosmos, las galaxias enanas permanecen entre los sistemas más difíciles de detectar. Su baja luminosidad hace que muchas de ellas continúen ocultas para los instrumentos actuales, pese a que contienen pistas fundamentales sobre los procesos que dieron forma al universo.
Su proyecto, titulado “Survey of Baryonic Sub-Structure in Low-Density Environments: A Multi-wavelength Study of Local Group Analogs” (Estudio de la Subestructura Bariónica en Entornos de Baja Densidad: Un Análisis Multibanda de Análogos del Grupo Local), busca caracterizar galaxias enanas y estructuras bariónicas en grupos galácticos cercanos mediante observaciones profundas en múltiples longitudes de onda.
El objetivo es evaluar si los modelos actuales que explican la evolución del universo logran reproducir la diversidad de sistemas observados o si existen procesos aún desconocidos que han influido en la formación de las galaxias.
“Aún existen muchas incógnitas sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias, y sobre cómo los entornos que las rodean influyen en sus propiedades”, explica Rahatgaonkar.
Estudiar otras galaxias para comprender la nuestra
Comprender la Vía Láctea presenta una dificultad única: los astrónomos forman parte de ella y no pueden observarla desde el exterior, como ocurre con otras galaxias del universo.
Para abordar esta limitación, los investigadores estudian sistemas cercanos que puedan funcionar como análogos y permitan determinar si las características de nuestra galaxia son comunes o representan una condición particular.
“Imagina que estás atrapado dentro de un rascacielos observando una ciudad. Puedes ver otros edificios, pero nunca podrás salir para observar el tuyo desde afuera. Entonces surge una pregunta: ¿tu edificio es normal o es algo excepcional?”, explica el investigador.
La investigación amplía el conocimiento existente más allá del Grupo Local —donde se encuentran la Vía Láctea y Andrómeda— mediante el análisis de cuatro grupos de galaxias ubicados a menos de 18 megapársecs de distancia, aproximadamente 60 millones de años luz.
El estudio busca identificar y caracterizar galaxias enanas, cúmulos globulares y restos de interacciones gravitacionales, construyendo una visión más completa de la subestructura presente en estos sistemas.
Cuando las observaciones desafían los modelos del universo
Uno de los principales aportes de la investigación es abordar una de las tensiones abiertas de la cosmología actual: la diferencia entre las predicciones teóricas y lo que efectivamente muestran las observaciones.
El modelo ΛCDM —actual marco utilizado para explicar la evolución del universo— permite predecir cómo debería distribuirse la materia y cuántas galaxias satélite deberían existir alrededor de galaxias más masivas.
Sin embargo, distintos estudios han encontrado discrepancias. Mientras algunos sistemas parecen contener más galaxias satélites de las esperadas, otros presentan menos.
“Esta diferencia entre teoría y observación es especialmente intrigante en las galaxias satélite que orbitan galaxias más grandes”, señala Rahatgaonkar.
Su investigación busca determinar si estas diferencias están relacionadas con el ambiente donde evolucionan las galaxias, con procesos internos de formación galáctica o con elementos que aún no han sido incorporados completamente en los modelos actuales.
Detectar las galaxias que permanecen ocultas
Estudiar estos sistemas requiere superar uno de los mayores desafíos de la astronomía observacional: identificar señales extremadamente débiles en medio de grandes cantidades de información.
Para ello, el proyecto combina observaciones ópticas, infrarrojas cercanas y ultravioletas, además del desarrollo de técnicas avanzadas de procesamiento de datos diseñadas para detectar estructuras de muy bajo brillo superficial.
La investigación alcanza una sensibilidad capaz de identificar estructuras con un brillo superficial de hasta 28 magnitudes por segundo de arco cuadrado, un nivel comparable al que se espera alcanzar con el Observatorio Vera C. Rubin tras diez años de funcionamiento.
Estas metodologías serán especialmente relevantes para la nueva generación de astronomía de grandes datos, donde los investigadores deberán analizar enormes volúmenes de información provenientes de futuros observatorios.
Ciencia de frontera desarrollada desde Chile
Desarrollada desde la Pontificia Universidad Católica de Chile, esta investigación aprovecha una de las principales fortalezas científicas del país: sus cielos privilegiados y una infraestructura astronómica de clase mundial que permite realizar estudios sobre el universo.
Rahatgaonkar llegó a Chile hace tres años, luego de realizar durante la pandemia una pasantía de investigación en NOIRLab, la organización estadounidense encargada de los observatorios astronómicos terrestres y con una importante presencia en La Serena. Esa experiencia marcó su primer acercamiento al país, a su comunidad científica y a su posición como uno de los principales polos mundiales de la astronomía.
El investigador explica que esa experiencia fue determinante para regresar a Chile y desarrollar aquí su doctorado. “Me convenció de que Chile no solo debe ser reconocido por albergar algunos de los observatorios más importantes del mundo, sino también por liderar investigación de frontera utilizando estas instalaciones y contribuyendo con descubrimientos científicos de impacto internacional”, afirma.
El proyecto utiliza observaciones obtenidas mediante instrumentos como la Dark Energy Camera (DECam), instalada en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, además de datos complementarios provenientes de otras instalaciones astronómicas internacionales.
“Considero que el país no solo debe ser reconocido por albergar estas instalaciones, sino también por liderar proyectos científicos de alto impacto”, destacó.
La investigación también se ha fortalecido mediante colaboraciones con investigadores de Canadá, Estados Unidos y Alemania, ampliando las redes internacionales y enriqueciendo el análisis desde distintas perspectivas científicas.
Las pequeñas galaxias que pueden responder grandes preguntas
Como parte de sus resultados, el proyecto generará catálogos detallados de galaxias enanas, cúmulos globulares y otras estructuras de baja luminosidad que podrán ser utilizados por la comunidad astronómica internacional.
Además de aportar nuevos antecedentes sobre la evolución galáctica, la investigación busca contribuir a una pregunta fundamental: cómo llegó el universo a construir las estructuras que observamos actualmente.
“Responder cómo se forman las galaxias contribuye a una de las preguntas más fundamentales de la humanidad: comprender cómo surgió la estructura actual del universo y cómo llegó a existir nuestra propia galaxia”, afirmó.
A medida que la astronomía avance hacia una nueva era de exploración, las galaxias más pequeñas podrían convertirse en protagonistas de algunos de los mayores descubrimientos del cosmos. En sus débiles señales permanece la memoria de miles de millones de años de evolución cósmica: una historia que permitirá comprender no solo cómo se formó el universo que observamos, sino también cuál es nuestro lugar dentro de él.