El hallazgo, publicado recientemente, resuelve un misterio cósmico que ha desconcertado a los astrónomos durante dos décadas: la existencia de galaxias masivas y evolucionadas apenas unos pocos miles de millones de años después del Big Bang.

"En un universo donde las galaxias más grandes crecen jerárquicamente a través de interacciones gravitacionales y fusiones de bloques de construcción más pequeños, algunas galaxias elípticas gigantes deben haberse formado de manera completamente diferente a lo que se pensaba anteriormente", explica Nikolaus Sulzenauer, investigador doctoral en el MPIfR y la Universidad de Bonn, y primer autor del estudio.

Según Sulzenauer, en lugar de acumular masa lentamente a lo largo de 14.000 millones de años, una galaxia elíptica masiva podría emerger rápidamente en solo unos pocos cientos de millones de años, "en el tiempo que le toma al Sol orbitar una vez alrededor del centro de la Vía Láctea".

Los investigadores observaron el gas frío y el polvo en el centro de SPT2349-56, un protocúmulo visto apenas 1.400 millones de años después del Big Bang y ubicado en la constelación austral de Fénix. Este protocúmulo permite vislumbrar los primeros cúmulos, los principales centros de galaxias elípticas masivas.

"SPT2349-56 ostenta el récord de la fábrica estelar más vigorosa", señala Axel Weiß, quien también participó en el descubrimiento original de SPT2349-56 con el Atacama Pathfinder Experiment (APEX). "En el centro, encontramos cuatro galaxias que interactúan estrechamente formando una estrella cada 40 minutos", añade Ryley Hill de la Universidad de Columbia Británica (UBC) en Canadá. Como comparación, actualmente toma un año completo para que se formen tres o cuatro estrellas en la Vía Láctea.

"Lo importante", destaca Sulzenauer, "es que este cuarteto de galaxias lanza brazos de marea gigantes coherentes a 300 kilómetros por segundo, extendiéndose sobre un área mucho más grande que la Vía Láctea. Brillan intensamente en longitudes de onda submilimétricas, su brillo aumentado diez veces por ondas de choque que excitan átomos de carbono ionizado".

Esta brillante emisión permitió a los científicos medir con precisión el movimiento del gas en esta espiral eyectada gravitacionalmente, que se asemeja a cuentas en un hilo que rodea el núcleo del protocúmulo. Para su sorpresa, los cúmulos de escombros de marea conectan con una cadena de 20 galaxias adicionales en colisión en las partes externas de la estructura en colapso.

"Por primera vez, estamos presenciando el inicio de una transformación en cascada por fusión. La mayoría de las 40 galaxias ricas en gas en este núcleo serán destruidas y eventualmente se transformarán en una galaxia elíptica gigante en menos de 300 millones de años, un simple parpadeo en términos cósmicos", explica Sulzenauer.

Duncan MacIntyre y Joel Tsuchitori, dos estudiantes de pregrado de la UBC y parte del equipo, ejecutaron simulaciones numéricas detalladas que fueron esenciales para conectar las observaciones de este colapso de protocúmulo con estudios previos de cúmulos de galaxias maduros.

La sorprendente coincidencia entre los diferentes tipos de objetos, encontrados en diferentes tiempos cósmicos, podría no solo demostrar la importancia de las fusiones mayores simultáneas durante la formación de galaxias masivas, sino que también podría ayudar a explicar cómo los elementos pesados (como el carbono) se calientan y transportan a través de los primeros cúmulos de galaxias.

"Si bien nuestros hallazgos ofrecen nuevos conocimientos emocionantes sobre el rápido ensamblaje de galaxias elípticas, las diversas interacciones entre los choques de fusión, el calentamiento del gas debido al crecimiento de agujeros negros supermasivos y su efecto sobre el combustible para la formación estelar, siguen siendo grandes misterios", señala Scott Chapman de la Universidad de Dalhousie.

"Puede ser demasiado pronto para afirmar una comprensión completa de la 'primera infancia' de las galaxias elípticas gigantes, pero hemos avanzado mucho en vincular los escombros de marea en protocúmulos con el proceso de formación de galaxias masivas ubicadas en los cúmulos de galaxias actuales", concluye Chapman.

Este descubrimiento proporciona una pieza crucial del rompecabezas sobre cómo se formaron las estructuras más grandes del universo y desafía los modelos tradicionales de formación galáctica, sugiriendo que algunos de los objetos más masivos del cosmos pudieron haberse ensamblado mucho más rápidamente de lo que se pensaba anteriormente.