Las galaxias masivas del Universo temprano eran más maduras de lo que se pensaba

Las galaxias masivas ya eran mucho más maduras en el Universo primitivo de lo que se pensaba. Fue lo que reveló un equipo internacional de astrónomos que estudió 118 galaxias distantes con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

La mayoría de las galaxias se formó cuando el Universo aún era muy joven. La nuestra, por ejemplo, probablemente empezó a formarse hace 13.600 millones de años, y hoy nuestro Universo tiene 13.800 millones de años. Cuando el Universo tenía solo un 10 % de su edad actual (entre 1.000 y 1.500 millones de años después del Big Bang), la mayoría de las galaxias experimentó una especie de “estirón”. En ese momento, las galaxias adquirieron gran parte de su masa estelar y otras propiedades como el contenido de polvo y de elementos pesados y las formas en espiral que vemos en las galaxias más cercanas. De ahí que, para entender cómo se formaron las galaxias como nuestra Vía Láctea, sea tan importante estudiar esa época cósmica.

En el marco de la campaña de observación llamada ALPINE (o ‘Gran Programa de ALMA par Observar C+ en Épocas Remotas’, por su sigla en inglés), un equipo internacional de astrónomos estudió 118 galaxias que se encontraban en pleno “estirón” en el Universo primitivo. “Para nuestra sorpresa, muchas de ellas ya estaban mucho más maduras de lo que esperábamos”, cuenta Andreas Faisst, del Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo (IPAC, en su sigla en inglés) del Instituto de Tecnología de California (Caltech).

Las galaxias se consideran más maduras que primordiales cuando contienen una cantidad considerable de polvo y elementos pesados. “No esperábamos ver tanto polvo y elementos pesados en estas galaxias distantes”, agrega el científico. El polvo y los elementos pesados (definidos por los astrónomos como elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) son considerados subproductos de estrellas moribundas. Pero como las galaxias del Universo primitivo todavía no han tenido tiempo suficiente para producir estrellas, los astrónomos no esperaban que contuvieran grandes cantidades de polvo ni elementos pesados.

“Los estudios realizados anteriormente nos habían mostrado que las galaxias tan jóvenes contienen poco polvo”, explica Daniel Schaerer, de la Universidad de Ginebra (Suiza). “Sin embargo, descubrimos que cerca del 20 % de las galaxias que se formaron durante esta época remota contienen mucho polvo y que una proporción considerable de la luz ultravioleta emitida por las estrellas recién formadas ya es opacada por ese polvo”, agrega.

Muchas de las galaxias observadas también son consideradas relativamente maduras porque presentan estructuras muy diversas, que incluyen las primeras señales de discos giratorios, los cuales, posteriormente, podrían formar estructuras en espiral como la de nuestra Vía Láctea. Por lo general, los astrónomos esperan que las galaxias del Universo primitivo estén maltrechas debido a las frecuentes colisiones a las que se ven sometidas. “Vemos muchas galaxias en proceso de colisión, pero también vemos algunas que giran de forma ordenada, sin presentar señales de colisiones”, afirma John Silverman, del Instituto Kavli de Física y Matemática del Universo, en Japón.

ALMA ya había observado galaxias muy distantes, como MAMBO-9 (una galaxia con mucho polvo) y el Disco Wolfe (una galaxia con un disco giratorio). No obstante, era difícil determinar si estos hallazgo eran únicos o si había más galaxias similares. ALPINE es la primera campaña que permitió a los astrónomos estudiar una cantidad significativa de galaxias del Universo primitivo, y los resultados obtenidos demuestran que esas galaxias pueden evolucionar más rápido de lo que se creía. Así y todo, los científicos aún o entienden a cabalidad cómo crecieron tan rápido ni por qué algunas ya tienen discos giratorios.

Las observaciones realizadas con ALMA fueron cruciales para esta investigación, puesto que los radiotelescopios pueden observar los procesos de formación de estrellas ocultas por el polvo y determinar el movimiento del gas emanado de zonas incubadoras de estrellas. Para estudiar las galaxias del Universo primitivo se suelen usar telescopios ópticos e infrarrojos, que permiten medir las masas de las estrellas formadas y en formación que no se encuentren opacadas por polvo. Sin embargo, con estas herramientas es más difícil observar zonas oscurecidas por el polvo, donde suelen formarse las estrellas, y medir el movimiento del gas presente en las galaxias. A veces, simplemente no se logra ver galaxia alguna. “Con ALMA descubrimos galaxias distantes cuya existencia desconocíamos. Ni siquiera el telescopio Hubble había podido detectarlas”, comenta Lin Yan, de Caltech.

Para saber más sobre las galaxias distantes, los astrónomos quieren apuntar ALMA hacia galaxias individuales durante más tiempo. “Queremos ver exactamente dónde está el polvo y cómo se desplaza el gas. También queremos comparar las galaxias que contienen mucho polvo con otras situadas a la misma distancia y ver si hay algo especial en sus entornos”, explica Paolo Cassata, de la Universidad de Padua (Italia), quien anteriormente se desempeñaba en la Universidad de Valparaíso (Chile).

ALPINE es la primera campaña de observación de galaxias del Universo primitivo en longitudes de onda múltiples. Para obtener una amplia muestra de galaxias los investigadores recabaron datos de observaciones ópticas (de los telescopios Subaru, VISTA, Hubble, Keck y VLT), infrarrojas (Spitzer) y de radio (ALMA). Estos estudios en longitudes de onda múltiples son necesarios para entender a cabalidad cómo se forman las galaxias. “Solo se pueden llevar a cabo campañas tan grandes y complejas como esta gracias a la colaboración entre distintas entidades de todo el mundo”, comenta Matthieu Béthermin, del Laboratorio de Astrofísica de Marsella (Francia).

Fuente: https://www.almaobservatory.org/