¿Cómo se formaron las galaxias?

Los astrónomos saben poco sobre los primeros días del universo. ¿Se formaron primero las estrellas y las galaxias o por el contrario fueron primero los agujeros negros? El universo primitivo era entonces un mar relativamente uniforme que contenía gas a varios millones de grados, junto con materia oscura. Basándose en el eco del Big Bang, los astrónomos creen que la materia se condensó cuando el universo se enfrió y se volvió transparente unos 380.000 años después del Big Bang. Las estructuras como las estrellas y las galaxias probablemente se formaron unos después de la gran explosión. Pero nadie sabe exactamente cómo se condensó por primera vez la materia.
El nacimiento y la evolución de las galaxias constituyen todavía debates abiertos en la comunidad astronómica
Para descifrar la formación de las galaxias debemos remontarnos a Walter Baade, que estudió las estrellas en galaxias, tratando de interpretar cómo estas últimas se formaron. Baade, uno de los investigadores más importantes en el Observatorio de Monte Wilson de California en la década de los 50, descubrió un grupo de estrellas en la Vía Lactea cuyo contenido en metales era bajo (en este caso entendemos que metales son los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio). Estas estrellas eran bastante antiguas, probablemente de 11.000 millones de años de edad. Los metales que las supernovas y otros procesos en el universo han arrojado al espacio interestelar han incorporado progresivamente los metales a las estrellas más jóvenes de nuestra galaxia.
El descubrimiento de Baade llevó a un modelo de formación galáctica en la década de los 60 llamado ELS por las iniciales de los apellidos de por Olin Eggen, Donald Linden-Bell y Allan Sandage. El modelo ELS dice que las galaxias colapsan como objetos individuales a partir de nubes de gas. Mientras el gas se concentra por su propia gravedad, forma en primer lugar un halo esferoidal. Cada vez se va agregando más gas, comienzan a girar y resultan enriquecidas con metales, creando discos en el interior de las galaxias.
Una idea diferente es la teoría de la fusión. Bajo este concepto, las protogalaxias, burbujas de gas, gravitan juntas y se unen para formar galaxias en el universo primitivo. A medida que transcurre el tiempo, galaxias de varios tamaños se fusionan con otras. De hecho, los astrónomos creen cada vez con más fuerza que muchas galaxias, quizá la gran mayoría, se formaron cuando se condensaron pequeñas nubes de gas y se fusionaron en estructuras cada vez más grandes a medida que pasaba el tiempo. Esto es llamado el camino de lo pequeño a lo grande.
Galaxias primitivas del Campo Profundo del Hubble WFPC2. Comprender estas imágenes es clave para saber cómo se formaron las primeras galaxias. Se espera que el fututo telescopio JWST puede aportar mejores imágenes en el futuro
Se están acumulando las evidencias que indican que las galaxias se forman principalmente mediante fusiones. Varios "campos profundos" captados por el Telescopio Espacial Hubble, que muestran que las galaxias extremadamente distantes, revelan numerosos objetos pequeños que aparecen en forma de protogalaxias en forma de burbujas. Estas son probablemente los elementos que se juntan para formar las galaxias normales y mayores que podemos ver en el universo reciente en torno a nosotros. Algunos expertos en galaxias creen que la Vía Láctea podría haberse formado por las fusiones de un centenar de galaxias o más a lo largo del tiempo.
Nadie sabe todavía si las galaxias se forman en primer lugar como bolsas de gas y después, las estrellas, o si por el contrario se forman las estrellas a través de pequeñas bolsas de gas y después se agregan para formar galaxias. Una tercera posibilidad es que los agujeros negros se hayan formado primero como densas acumulaciones de materia que barrieron toda la materia brillante alrededor de ellos, y las galaxias a su alrededor se formaron entonces a partir del gas que el agujero negro no pudo tragarse. Los agujeros negros existen en los centros de muchas galaxias de tamaño mediano y grande. Constituyen los motores de los distantes cuásares (primitivas galaxias altamente energéticas). Los astrónomos creen ahora que los agujeros negros probablemente habitan los núcleos de casi todas las grandes galaxias.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) cuando sea lanzado en 2014 de abordará la cuestión de qué fue primero. El proyecto "galaxies assembly" estudiará grandes cantidades de galaxias antiguas para responder cómo se formaron, quizá los agujeros negros actuaron como semillas que atrajeron la materia.