Existe un enorme abismo entre la composición química del universo primigenio, prácticamente formado por hidrógeno (93%) y helio (7%) y la composición actual, con proporciones variables de una larga lista de elementos (carbono, oxígeno, hierro, nitrógeno...).

El estudio de la evolución química de las galaxias resulta esencial para la comprensión de la historia del universo, y un reciente estudio liderado por Enrique Pérez Montero, Científico Titular del Departamento de Astronomía Extragaláctica del Instituto de Atrofísica de Andalucía(IAA-CSIC) ha despejado dudas al respecto: las galaxias más distantes, -y, por lo tanto, más jóvenes- tienen menor proporción de elementos pesados que las del universo local.

Fueron las estrellas las que, a través de las reacciones nucleares que se producen en su centro, operaron el cambio y aumentaron la proporción de metales (en astrofísica, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio). "Es como una fábrica, un enorme horno en el que el hidrógeno da lugar a elementos más pesados, que se liberan al medio a través de vientos y de expulsión de material en las explosiones de supernova", apunta Enrique Pérez Montero.

La evolución química de las galaxias se estudia a través de lo que se conoce como "relación masa metalicidad", que analiza la proporción de elementos pesados que la contienen con respecto a la masa total de estrellas que presenta.

Dicha relación está bien establecida en el universo local: se sabe que las galaxias pequeñas son menos metálicas que las masivas. "La cuestión era analizar si esa relación ha sido igual a lo largo de todas las etapas cosmológicas o ha ido sufriendo una evolución. Empezaron a hacer mediciones y se observó que en épocas jóvenes del universo este conjunto estelar tendían a tener menos contenido en metales", señala Pérez Montero .

Sin embargo, en 2010 un estudio desmintió estos resultados aludiendo a un sesgo selectivo relacionado con la tasa de formación de estrellas y la cantidad por unidad de tiempo que son capaces de formar. Una alta tasa de formación estelar suele ir acompañada de una metalicidad menor, ya que en muchas galaxias la formación estelar se dispara debido a la captura de gas poco procesado, lo que reduce la proporción total de elementos complejos.

Dado que, precisamente, las galaxias con brotes de formación de estrellas son las más brillantes y, por lo tanto, más fácilmente detectables a grandes distancias, los investigadores concluyeron que el contenido en metales ha permanecido constante a lo largo de la historia cosmológica y que lo que se había interpretado como evolución era un efecto de selección.

Pero el artículo de Pérez Montero y colaboradores desmiente esa deducción. Por un lado, calcula y corrige la tasa de formación estelar para evitar sesgos; y, por otro, en lugar de ceñirse solo al contenido en oxígeno, que es el empleado habitualmente, estudia el cociente entre nitrógeno y oxígeno -independiente de la tasa de formación estelar- para determinar la cantidad de metales en las veinte mil galaxias del muestreo zCOSMOS (uno de los más profundos y completos hasta la fecha), realizado por una gran colaboración internacional a partir de datos tomados con uno de los telescopios VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO) situados en Chile.

"Con este muestreo conseguimos algo antes nunca alcanzado, confirmando que cuando el universo era más joven la relación masa metalicidad era más plana: es decir, las grandes y las pequeñas tenían una proporción de metales similar, al contrario de lo que ocurre en el universo local", concluye Pérez Montero .

La evolución de esta relación constituye una evidencia del modelo jerárquico de formación de galaxias, que sostiene que en el universo primitivo las de mayor tamaño se formaban como fusión de las más pequeñas. La unión de dos galaxias enanas con metalicidad baja origina una nueva con el doble de masa estelar pero con el metal de las originarias; aunque la fusión dispara la tasa de formación estelar, debe transcurrir tiempo hasta que las estrellas generen ese aspecto metalicidad, los liberen y doten a la galaxia de la metalicidad que le corresponde para su masa.