“Galaxias normales” del Universo primitivo

Imagen del cúmulo de galaxias RXCJ0600-2007 tomada por el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA combinada con imágenes de lente gravitacional de la lejana galaxia RXCJ0600-z6, obtenidas con ALMA/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Descubren una joven galaxia giratoria con la ayuda de un telescopio cósmico

 

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos observó una joven galaxia giratoria con un centésimo del tamaño de la Vía Láctea en una época en que el Universo tenía solo un 7 por ciento de su edad actual.

 

Observatorio ALMA/DICYT

Aprovechando el efecto de un lente gravitacional, los astrónomos pudieron estudiar por primera vez la naturaleza de pequeñas y oscuras “galaxias normales” del Universo primitivo, representativas del principal tipo de galaxia existentes al principio. Estas observaciones ayudan a mejorar considerablemente nuestra comprensión de la etapa inicial de la evolución galáctica.

Por primera vez la naturaleza de pequeñas y oscuras “galaxias normales” del Universo primitivo, representativas del principal tipo de galaxia existentes al principio

“Muchas de las galaxias del Universo primitivo eran tan pequeñas que su brillo es muy inferior que el brillo mínimo captado por los telescopios más grandes existentes actualmente en la Tierra y el espacio, de ahí que sea tan difícil estudiar sus propiedades y su estructura interna”, explica Nicolas Laporte, becario Kavli sénior de la Universidad de Cambridge. “Sin embargo, la luz proveniente de la galaxia RXCJ0600-z6 estaba considerablemente amplificada por el lente gravitacional, y por eso era ideal para estudiar las propiedades y la estructura de una galaxia bebé típica”.

El lente gravitacional es un fenómeno natural en el que la luz emitida por un objeto distante es curvada por la gravedad de un cuerpo masivo como una galaxia o un cúmulo de galaxias situado delante de dicho objeto. El nombre lente gravitacional hace referencia al hecho de que la gravedad del objeto masivo actúa como un lente. Cuando miramos a través de un lente gravitacional, la luz de los objetos distantes se ve intensificada y su forma parece estirada. En otras palabras, es una especie de telescopio natural que flota en el espacio.

El equipo de investigación del ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) usó ALMA para buscar una gran cantidad de galaxias del Universo primitivo sujetas a lentes gravitacionales. Al combinar la sensibilidad de ALMA con estos telescopios naturales, los investigadores pueden detectar y estudiar las galaxias más tenues.

La única forma de entender el proceso de formación estándar de las primeras galaxias y obtener un panorama completo de la evolución de las galaxias es observar las galaxias más tenues y numerosas

¿Por qué es fundamental observar las galaxias menos brillantes del Universo primitivo? Los modelos teóricos y las simulaciones predicen que la mayoría de las galaxias que se formaron algunos cientos millones de años después del Big-Bang son pequeñas y, por consiguiente, tenues. Aunque ya se habían observado numerosas galaxias del Universo primitivo, las observaciones se habían limitado a los objetos más masivos y, por ende, menos representativos del Universo primitivo, debido a las limitaciones de los telescopios. La única forma de entender el proceso de formación estándar de las primeras galaxias y obtener un panorama completo de la evolución de las galaxias es observar las galaxias más tenues y numerosas.

El equipo del ALCS llevó a cabo un programa de observación a gran escala que tardó 95 horas (un período más largo de lo habitual para ALMA) y observó la zonas centrales de 33 cúmulos de galaxias que podían generar lentes gravitacionales. Uno de ellos, conocido como RXCJ0600-2007, se encuentra en dirección de la constelación Lepus, y tiene una masa 1.000 billones de veces superior a la de nuestro Sol.

El equipo también descubrió una galaxia distante que se ve afectada por el lente gravitacional creado por este telescopio natural. ALMA detectó la luz de iones de carbono y polvo estelar presentes en la galaxia, que permitieron determinar que esta corresponde a un período situado unos 900 millones de años después del Big Bang (hace 12.900 millones de años). Los análisis posteriores realizados con los datos de ALMA y del observatorio Gemini revelaron que esta fuente se ve 160 más brillante de lo que realmente es.

Al medir con precisión la distribución de la masa del cúmulo de galaxias, se puede “deshacer” el efecto del lente gravitacional y restaurar la apariencia original del objeto amplificado. Al combinar datos del telescopio espacial Hubble y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral con un modelo teórico, los astrónomos lograron reconstituir la forma real de la galaxia RXCJ0600-z6. Su masa total es cerca de 2.000 a 3.000 millones de veces superior a la masa de nuestro Sol, o cerca de un centésimo del tamaño de la Vía Láctea.

Lo que sorprendió a los astrónomos es que RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, se creía que el gas presente en las galaxias jóvenes se desplazaba de forma caótica y aleatoria

Lo que sorprendió a los astrónomos es que RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, se creía que el gas presente en las galaxias jóvenes se desplazaba de forma caótica y aleatoria. Recientemente ALMA descubrió galaxias giratorias jóvenes que han obligado a replantear el marco teórico, aunque su brillo (su tamaño) superaba al de RXCJ0600-z6 en varios órdenes de magnitud.

“Nuestro estudio demuestra, por primera vez, que se puede medir directamente el movimiento interno de galaxias tan poco brillantes (y poco masivas) del Universo primitivo y compararlo con las predicciones teóricas, señala Kotaro Kohno, profesor de la Universidad de Tokio y líder del equipo del ALCS.

“El hecho de que RXCJ0600-z6 tenga un factor de amplificación tan elevado suscita esperanzas para las investigaciones futuras”, explica Seiji Fujimoto, titular de una beca DAWN del Instituto Niels Bohr. “Esta galaxia ha sido seleccionada entre cientos para ser observada con el telescopio espacial James Webb (JWST), un instrumento de última generación que se lanzará este año. Gracias a la combinación de las observaciones realizadas con ALMA y el telescopio James Webb, revelaremos las propiedades del gas y las estrellas presentes en galaxias bebé y estudiaremos sus movimientos internos.

Cuando estén terminados, el Thirty Meter Telescope y el Extremely Large Telescope podrán detectar cúmulos de estrellas en la galaxia y, posiblemente, incluso resolver estrellas de forma individual. Hay un ejemplo de lente gravitacional que se ha usado para observar una estrella situada a 9.500 millones de años luz, y esta investigación tiene el potencial de extender estas observaciones a un período correspondiente a menos de 1.000 millones de años desde el nacimiento del Universo”.

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