Fondos cósmicos de CO y [C II] y el abastecimiento de la formación estelar a lo largo de 12 Gyr

Por qué importa el gas oculto entre las galaxias

Cuando miramos el cielo nocturno vemos estrellas, pero no las enormes reservas de gas frío que las alimentan en silencio. Este artículo explora cuánto de ese combustible oculto llena el universo y con qué rapidez se transforma en nuevas estrellas durante los últimos 12 000 millones de años. Leyendo firmas débiles de moléculas y átomos simples repartidos por la red cósmica, el estudio muestra que las galaxias han estado recurriendo a un suministro de gas mucho mayor y de vida más corta del que habíamos observado directamente, lo que transforma nuestra imagen de cómo galaxias como la nuestra crecieron.

Una nueva forma de ver todo el gas a la vez

En lugar de contar galaxias individuales una por una, el autor utiliza una técnica llamada mapeo por intensidad para medir el brillo combinado de muchos sistemas distantes a la vez. Misiones espaciales como Planck y Herschel cartografiaron el cielo en múltiples longitudes de onda infrarrojas y milimétricas, donde el polvo calentado por estrellas jóvenes brilla con fuerza. Al comparar cruzadamente esos mapas con las posiciones conocidas de millones de galaxias y cuásares en distintos rangos de distancia, el estudio extrae cuánto flujo proviene de cada era del tiempo cósmico. Dentro de ese resplandor aparecen huellas estrechas del monóxido de carbono (CO) y del carbono ionizado, que actúan como señales del gas molecular frío que forma estrellas y del gas que se enfría tras ser calentado por esas estrellas.

Pesar el combustible estelar del universo

A partir de estas huellas de líneas, el artículo mide, por primera vez, el fondo medio de toda la escalera de transiciones del CO con alta confianza, y una señal más débil pero aún clara del carbono ionizado. La intensidad de la línea de CO más baja está directamente relacionada con la cantidad de gas hidrógeno molecular existente, por lo que el autor puede inferir la masa total del combustible formador de estrellas en el universo sin necesidad de ver cada galaxia por separado. El resultado es llamativo: durante la era en que la tasa de formación estelar cósmica fue más alta, hace aproximadamente 10 000 millones de años, había alrededor del doble de gas molecular del contabilizado por encuestas profundas de galaxias. Esto implica que una gran población de galaxias tenues previamente perdidas y estructuras de gas extendido contribuye de forma sustancial al depósito cósmico de combustible.

Un depósito de combustible de rápida rotación que necesita reabastecimiento constante

El análisis también revela con qué rapidez las galaxias consumen su gas. Al comparar la densidad total de gas molecular con la tasa de formación estelar medida de forma independiente, el artículo estima un tiempo de agotamiento global de aproximadamente mil millones de años. Esto significa que, una vez que el gas se enfría hasta la fase molecular densa, se convierte en estrellas en escalas temporales mucho más cortas que la edad del universo, por lo que el depósito debe reabastecerse continuamente con entradas frescas desde el espacio circundante. Al mismo tiempo, esta conversión es mucho más lenta que el tiempo de caída libre del gas bajo la gravedad, lo que implica que la turbulencia y la realimentación de estrellas jóvenes regulan el proceso y evitan que la formación estelar se descontrole.

Una regla simple para hacer estrellas a lo largo de la historia cósmica

Puesto que diferentes líneas de CO se excitan en condiciones distintas, sus fuerzas relativas actúan como un termómetro y un densitómetro para las regiones formadoras de estrellas que dominan el fondo. El estudio vincula el patrón de excitación del CO con una densidad superficial característica de formación estelar en las galaxias de cada época. Combinando esto con el tiempo de agotamiento, reconstruye cómo la intensidad de la formación estelar depende de la densidad superficial de gas molecular. Sorprendentemente, la relación sigue una ley simple supralineal conocida desde galaxias cercanas, en la que discos de gas más densos forman estrellas de forma más que proporcionalmente rápida. Esta misma regla parece sostenerse, en promedio, a lo largo del 90% de la historia cósmica cuando se contempla no galaxia por galaxia sino en conjunto.

Enfriando el gas y orientando futuros telescopios

La línea del carbono ionizado ofrece una visión complementaria, trazando cómo se enfría el gas tras ser agitado y calentado por estrellas. Su brillo medido a lo largo del tiempo proporciona un indicador global de la eficiencia con que las estrellas jóvenes transfieren energía a su entorno y de cómo esa energía se disipa finalmente en radiación. Juntos, los fondos de CO y de carbono ionizado dibujan un ciclo de vida coherente en el que el gas fluye hacia las galaxias, se enfría en nubes densas, forma estrellas y luego es calentado y desplazado por esas mismas estrellas. Al convertir pronósticos teóricos en medidas directas de la intensidad de líneas, este trabajo establece objetivos prácticos para próximos experimentos de mapeo por intensidad tridimensional, que utilizarán estas líneas no solo para estudiar el crecimiento galáctico sino también para cartografiar la estructura a gran escala del propio universo.

Cita: Chiang, YK. Cosmic CO and [C II] backgrounds and the fuelling of star formation over 12 Gyr. Nat Astron 10, 742–752 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-026-02798-6

Palabras clave: gas molecular, formación estelar, mapeo por intensidad, monóxido de carbono, emisión [CII]