Los astrónomos encuentran galaxias sorprendentemente maduras en el universo muy temprano

Galaxia distante giratoria polvorienta

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. Esta es la conclusión de un equipo internacional de astrónomos que estudiaron galaxias distantes con Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). El resultado es ahora publicado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía.

Investigadores del The Cosmic Dawn Center en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague participaron en el proyecto, y Seiji Fujimoto, postdoctorado, explica el objetivo de esta manera: “Realizamos el primer estudio grande de múltiples longitudes de onda de galaxias distantes, con el fin de comprender la fase inicial de formación y evolución de galaxias en el Universo. No esperábamos encontrar galaxias tan maduras, y esta nueva información nos permite ahora pintar una imagen más coherente de la condición promedio en el universo temprano ”.

Madurez inesperada de galaxias en un universo muy joven

La mayoría de las galaxias se formaron cuando el universo aún era muy joven. Nuestra propia galaxia, la Vía láctea, probablemente comenzó a formarse hace 13,6 mil millones de años, en nuestro universo de 13,8 mil 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, y la cantidad de polvo, contenido metálico y sus formas de disco en espiral es lo que vemos en las galaxias actuales. Por tanto, si queremos saber cómo se formaron las galaxias como nuestra Vía Láctea, es importante estudiar esta época.

ALMA obtuvo una imagen más coherente de la población de galaxias en el estudio ALPINE

Las galaxias se consideran más maduras cuando contienen una cantidad significativa de polvo y elementos pesados ​​(metales), ya que el polvo y los metales son un subproducto de las estrellas moribundas. Pero las galaxias del universo temprano aún no han tenido mucho tiempo para construir estrellas, y mucho menos para ver el final de su vida útil, por lo que el equipo de astrónomos no esperaba ver mucho polvo o metales. Sin embargo, este resultó ser el caso, e incluso resultó ser más “a la orden del día” que un caso especial en la población de galaxias observada en el proyecto ALPINE (el Gran Programa ALMA para investigar C + en los primeros tiempos). . Seiji Fujimoto explica el significado de esto: “A veces, si toda la galaxia que deseamos observar está oscurecida por el polvo, no podemos obtener la información que buscamos usando telescopios ópticos, telescopios que observan usando luz visible. Pero con ALMA, un radiotelescopio que observa a través de longitudes de onda invisibles más largas, podemos ver a través del «velo de polvo y gas metálico».

ALMA también realizó nuevos y sorprendentes descubrimientos en el proceso.

ALMA no solo puede obtener una imagen de cada galaxia, sino que también puede ver cómo se mueve el gas metálico en las galaxias individuales. Debido a que se espera que las galaxias en fase de formación tengan movimientos muy desordenados, el movimiento del gas metal nos dice algo sobre la madurez de las galaxias. Resultó que si bien muchas de las galaxias están colisionando, el equipo también descubrió que varias de ellas están girando de manera ordenada sin signos de colisiones. Sorprendentemente, el equipo incluso descubrió una galaxia rodeada por un enorme gas metálico giratorio que supera con creces la distribución estelar. Esto probablemente significa que el gas metálico fue alejado de la galaxia en movimientos distorsionados por explosiones de supernova o chorros de energía y radiación de agujeros negros supermasivos, pero formó el disco giratorio ordenado después de un tiempo suficiente.

¿Qué se puede considerar «normal» en el Universo temprano?

Estos resultados permiten llegar a las conclusiones de la encuesta sobre cuál era la normalidad de las galaxias observadas.

Seiji Fujimoto explica la búsqueda de la condición estándar de esta manera: “Esta vez estudiamos las galaxias basándonos en la información del metal y el polvo, algo que no hemos podido adquirir a partir de observaciones anteriores. Basándonos en la perspectiva integral de las galaxias, nos enfocamos en obtener lo que podríamos llamar la imagen normal en el universo temprano, que define automáticamente lo que es inusual al mismo tiempo y nos permite identificar objetos únicos. La imagen normal nos ayudará a determinar mucho mejor la evolución de nuestro Universo. De hecho, los teóricos cosmológicos necesitarán esta nueva información para construir una imagen teóricamente más precisa del desarrollo del Universo. Además, podemos aprender nuevos eventos cosmológicos o mecanismos físicos en las galaxias a través de los objetos que están fuera de lo común. Esta investigación contribuirá a nuestra comprensión fundamental del universo del que formamos parte «.

Los astrónomos ahora desean apuntar ALMA a galaxias individuales durante más tiempo para responder más preguntas, como dónde están el polvo y los metales y cómo se mueven. Una comparación de estas propiedades entre las galaxias pobres y ricas en polvo / metal a distancias similares puede responder si las galaxias inesperadamente maduras se forman con circunstancias especiales en sus entornos.

Para más información sobre esta investigación:

Referencia: “El ALPINE-ALMA [CII] encuesta: estrategia de estudio, observaciones y propiedades de muestra de 118 galaxias en formación estelar a 4 Astronomía y Astrofísica.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 201936965