Ilustración artística de una galaxia en el universo temprano que es muy polvorienta y muestra los primeros signos de un disco con soporte rotacional. En esta imagen, el color rojo representa el gas y el azul / marrón representa el polvo como se ve en las ondas de radio con ALMA. Muchas otras galaxias son visibles en el fondo, basadas en datos ópticos de VLT y Subaru. Crédito: B. Saxton NRAO / AUI / NSF, ESO, NASA / STScI; NAOJ / Subaru
Las galaxias masivas ya estaban mucho más maduras en el universo temprano de lo que se esperaba anteriormente. Esto fue demostrado por un equipo internacional de astrónomos que estudiaron 118 galaxias distantes con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
La mayoría de las galaxias se formaron cuando el universo aún era muy joven. Nuestra propia galaxia, por ejemplo, probablemente comenzó a formarse hace 13.600 millones de años, en nuestro universo de 13.800 millones de años. Cuando el universo tenía sólo el diez por ciento de su edad actual (1-1.5 mil millones de años después de la Big Bang), la mayoría de las galaxias experimentaron un “crecimiento acelerado”. Durante este tiempo, acumularon la mayor parte de su masa estelar y otras propiedades, como el polvo, el contenido de elementos pesados y las formas de discos espirales, que vemos en las galaxias actuales. Por lo tanto, si queremos aprender cómo las galaxias como nuestro Vía láctea formado, es importante estudiar esta época.
Las galaxias masivas ya estaban mucho más maduras en el universo temprano de lo que se esperaba anteriormente. Esto fue demostrado por un interequipo nacional de astrónomos que estudiaron 118 galaxias distantes con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Crédito: Observatorio Nacional de Radioastronomía
En una encuesta llamada ALPINE (el Gran Programa de ALMA para investigar C + en los primeros tiempos), un equipo internacional de astrónomos estudió 118 galaxias que experimentaron un “brote de crecimiento” en el universo temprano. “Para nuestra sorpresa, muchos de ellos eran mucho más maduros de lo que esperábamos”, dijo Andreas Faisst del Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos (IPAC) en el Instituto de Tecnología de California (Caltech).
Las galaxias se consideran más “maduras” que “primordiales” cuando contienen una cantidad significativa de polvo y elementos pesados. “No esperábamos ver tanto polvo y elementos pesados en estas galaxias distantes”, dijo Faisst. El polvo y los elementos pesados (definidos por los astrónomos como todos los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) se consideran un subproducto de las estrellas moribundas. Pero las galaxias del universo temprano aún no han tenido mucho tiempo para construir estrellas, por lo que los astrónomos tampoco esperan ver mucho polvo o elementos pesados allí.
Estas son dos de las galaxias del universo temprano que ALMA observó en ondas de radio. Las galaxias se consideran más “maduras” que “primordiales” porque contienen grandes cantidades de polvo (amarillo). ALMA también reveló el gas (rojo), que se utiliza para medir la formación de estrellas oscurecidas y los movimientos en las galaxias. Crédito: B. Saxton NRAO / AUI / NSF, ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), equipo ALPINE
“A partir de estudios anteriores, comprendimos que estas galaxias jóvenes son pobres en polvo”, dijo Daniel Schaerer de la Universidad de Ginebra en Suiza. “Sin embargo, encontramos que alrededor del 20 por ciento de las galaxias que se ensamblaron durante esta época temprana ya son muy polvorientas y una fracción significativa de la luz ultravioleta de las estrellas recién nacidas ya está oculta por este polvo”, agregó.
Muchas de las galaxias también se consideraron relativamente adultas porque mostraban una diversidad en sus estructuras, incluidos los primeros signos de discos con soporte rotacional, que luego pueden conducir a galaxias con una estructura en espiral como se observa en galaxias como nuestra Milky Camino. Los astrónomos generalmente esperan que las galaxias en el universo temprano se vean como restos de trenes porque a menudo chocan. “Vemos muchas galaxias que están colisionando, pero también vemos varias de ellas girando de manera ordenada sin signos de colisiones”, dijo John Silverman del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo en Japón.
Animación artística de una galaxia en el universo temprano que es muy polvorienta y muestra los primeros signos de un disco con soporte rotacional. En esta imagen, el color rojo representa el gas y el azul / marrón representa el polvo como se ve en las ondas de radio con ALMA. Muchas otras galaxias son visibles en el fondo, basadas en datos ópticos de VLT y Subaru. Crédito: B. Saxton NRAO / AUI / NSF, ESO, NASA/ STScI; NAOJ / Subaru
ALMA ha detectado galaxias muy distantes antes, como MAMBO-9 (una galaxia muy polvorienta) y el Disco de Wolfe (una galaxia con un disco giratorio). Pero era difícil decir si estos descubrimientos eran únicos o si había más galaxias como ellas por ahí. ALPINE es la primera encuesta que permitió a los astrónomos estudiar un número significativo de galaxias en el universo temprano, y muestra que podrían evolucionar más rápido de lo esperado. Pero los científicos aún no entienden cómo estas galaxias crecieron tan rápido y por qué algunas de ellas ya tienen discos giratorios.
Las observaciones de ALMA fueron cruciales para esta investigación porque el radiotelescopio puede ver la formación de estrellas que está oculta por el polvo y rastrear el movimiento del gas emitido desde las regiones de formación de estrellas. Los estudios de galaxias en el universo temprano suelen utilizar telescopios ópticos e infrarrojos. Estos permiten la medición de la formación estelar despejada y las masas estelares. Sin embargo, estos telescopios tienen dificultades para medir las regiones oscurecidas por el polvo, donde se forman las estrellas, o los movimientos del gas en estas galaxias. Y a veces no ven una galaxia en absoluto. “Con ALMA descubrimos algunas galaxias distantes por primera vez. A estos los llamamos Hubble-oscuros porque no pudieron ser detectados ni siquiera con el telescopio Hubble ”, dijo Lin Yan de Caltech.
Para obtener más información sobre las galaxias distantes, los astrónomos quieren apuntar con ALMA a galaxias individuales durante más tiempo. “Queremos ver exactamente dónde está el polvo y cómo se mueve el gas. También queremos comparar las galaxias polvorientas con otras a la misma distancia y averiguar si podría haber algo especial en sus entornos ”, agregó Paolo Cassata de la Universidad de Padua en Italia, anteriormente en la Universidad de Valparaíso en Chile.
ALPINE es el primer y mayor sondeo de galaxias de múltiples longitudes de onda en el universo temprano. Para una gran muestra de galaxias, el equipo recopiló mediciones en óptica (incluidos Subaru, VISTA, Hubble, Keck y VLT), infrarroja (Spitzer) y radio (ALMA). Se necesitan estudios de múltiples longitudes de onda para obtener una imagen completa de cómo se forman las galaxias. “Una encuesta tan grande y compleja solo es posible gracias a la colaboración entre varios institutos de todo el mundo”, dijo Matthieu Béthermin del Laboratoire d’Astrophysique de Marseille en Francia.
El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.
