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ALMA descubre galaxias masivas del universo primitivo nadando en Materia Oscura


Por lo general, los astrónomos esperan que las primeras galaxias que se formaron solo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang compartan muchas similitudes con algunas de las galaxias enanas que vemos hoy en el universo cercano. Estas primeras aglomeraciones, de unos pocos miles de millones de estrellas, llegaron a convertirse en los bloques de construcción de las galaxias más grandes que llegaron a dominar el universo después de los primeros miles de millones de años.

Las observaciones del Atacama Large Millimeter Array (ALMA), han revelado sorprendentes galaxias masivas llenas de estrellas que se ven cuando el cosmos tenía menos de mil millones de años. Esto sugiere que los bloques galácticos de construcción más pequeños se ensamblaron en galaxias más grandes con bastante rapidez.

Las últimas observaciones de ALMA retrasan aún más en el tiempo esta época de formación de galaxias masivas al identificar dos galaxias súper gigantes, vistas cuando el universo solo tenía 780 millones de años, o aproximadamente el 5 por ciento de su edad actual.

ALMA también reveló que estas galaxias, inusualmente grandes, se encuentran dentro de una estructura cósmica aún más masiva, un halo de materia oscura… ni más ni menos, varios billones de veces más masivo que el sol.

"Con estas exquisitas observaciones de ALMA, los astrónomos están viendo la galaxia más masiva conocida en los primeros mil millones de años del universo durante el proceso de ensamblaje", dijo Dan Marrone, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal en esta investigación.

Los astrónomos están viendo estas galaxias antiguas, durante un período de la historia cósmica conocido como la Época de la Reionización, cuando la mayor parte del espacio intergaláctico estaba impregnado de una niebla muy oscura de gas de hidrógeno, totalmente frío. A medida que se formaron más estrellas y galaxias, su energía eventualmente ionizó el hidrógeno entre las galaxias, revelando el universo tal como lo vemos hoy en día.

La acumulación de evidencia observacional con ALMA ha ayudado a remodelar esa historia y continúa retrasando el momento en que las galaxias verdaderamente masivas surgieron por primera vez en el universo.

Las galaxias que Dan Marrone y su equipo estudiaron, se identificaron originalmente como una fuente única por el Telescopio Polo Sur. Estas primeras observaciones indicaron que este objeto estaba muy distante y brillaba intensamente con luz infrarroja, lo que significa que era extremadamente polvoriento y que probablemente atravesaba un estallido de formación de estrellas. Las observaciones posteriores de ALMA revelaron la distancia y la naturaleza del objeto para después mostrarnos una constante interacción entre dos galaxias muy antiguas.

¿Como se realizaron las observaciones?
Para que fuese posible hacer una observación tan compleja como esta, ALMA contó con la ayuda de una lente gravitacional, que proporcionó un impulso de observación al telescopio. Las lentes gravitacionales se forman cuando un objeto masivo que se encuentra en el intermedio, como por ejemplo, un cúmulo de galaxias dobla la luz de las galaxias más distantes que se intentan observar.

Sin embargo, este fenómeno distorsiona la apariencia real del objeto que se estudia, por lo que se requiere de sofisticados modelos gráficos computarizados para reconstruir la imagen tal como es en realidad, en su estado normal.

Este proceso proporcionó detalles muy interesantes sobre las galaxias, mostrando que la galaxia más grande está formando estrellas a una tasa de 2.900 masas solares por año. También contiene alrededor de 270 mil millones de veces la masa de nuestro sol en gas y casi 3 mil millones de masas solares en polvo. Es una gran cantidad de polvo, considerando la edad del sistema.

Los astrónomos determinaron que la rápida formación de estrellas de esta galaxia, probablemente se debió a un encuentro cercano con su compañera, una galaxia que es un poco más pequeña, pero que ya alberga alrededor de 35 mil millones de masas solares en estrellas y está aumentando su velocidad de natalidad de estrellas, en una poderosa explosión al ritmo vertiginoso de 540 masas solares por año.

Los investigadores observaron que las galaxias de esta época son más "desordenadas" que las que vemos en el universo cercano. Suponemos que su confusa organización se debe a las enormes reservas de gas que caen sobre las galaxias, interacciones gravitacionales y fusiones continuas con otras galaxias vecinas.

Las nuevas observaciones también permitieron a los investigadores detectar la presencia de un halo de materia oscura, verdaderamente masivo, que rodea ambas galaxias. La materia oscura proporciona la atracción gravitatoria que hace que el universo se derrumbe en estructuras (galaxias, grupos de galaxias y supercúmulos de galaxias, etc.).

"Si quieres ver si una galaxia tiene sentido en nuestra comprensión actual de la cosmología, solo necesitas ver el halo de materia oscura, la estructura de la materia oscura colapsada, en la que reside", dijeron los investigadores.

Afortunadamente, conocemos muy bien la relación entre la materia oscura y la materia ordinaria en el universo, por lo que podemos estimar cuál debería ser la masa total de la materia oscura.

Conclusiones 
Al comparar los cálculos con las predicciones cosmológicas actuales, los investigadores encontraron que este halo es uno de los más masivos que deberían haber existido en ese momento.

Se están descubriendo más galaxias con el Telescopio Polo Sur, y los astrónomos las están siguiendo muy de cerca. Hay muchos más datos de sondeo espacial que los científicos están empezando a analizar.

Siguiendo esta línea, nuestra esperanza es encontrar más objetos como este, posiblemente incluso más distantes, para comprender mejor esta población de galaxias antiguas extremadamente polvorientas y especialmente su relación con el resto de la población de galaxias de esa época primigenia del universo.

En cualquier caso, según los astrónomos, la próxima ronda de observaciones con ALMA debería ayudarnos a comprender cuán rápidamente se unieron estas galaxias y mejorar nuestra comprensión de la formación masiva de galaxias durante la reionización.

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