ALMA identifica antepasados oscuros de galaxias elípticas masivas

7 Agosto, 2019 / Tiempo de lectura: 7 minutes

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un grupo de astrónomos identificó 39 tenues galaxias invisibles para el telescopio espacial Hubble, en la zona más lejana del Universo observada por este último, a 10.000 millones de años luz de distancia. Estas galaxias son diez veces más abundantes que otras galaxias de masa similar pero brillantes en el espectro óptico observado por el Hubble. Para el equipo de investigación, estas tenues galaxias preceden a las galaxias elípticas masivas del Universo actual. No obstante, en ninguna teoría de la evolución del Universo se había predicho la existencia de una población tan numerosa de galaxias masivas y oscuras que producen estrellas. Los nuevos resultados obtenidos con ALMA ponen en tela de juicio nuestra comprensión del Universo primitivo. Los hallazgos de este estudio se publicaron en la última edición de la revista Nature.

“En estudios anteriores se habían encontrado galaxias extremadamente activas en cuanto a formación de estrellas en el Universo primitivo, pero su población es bastante acotada”, explica Tao Wang, autor principal de esta investigación, quien se desempeña en la Universidad de Tokio, el Comisariado de Energía Atómica y Energías Alternativas de Francia (CEA) y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). “Los procesos de formación estelar son menos intensos en las oscuras galaxias que identificamos, pero estas galaxias son 100 veces más abundantes que las que generan brotes de formación estelar extremos.Es importante estudiar un componente tan importante de la historia del Universo para entender cómo se forman las galaxias”.

Wang y su equipo usaron ALMA para observar tres ventanas del Universo primitivo abiertas por el telescopio espacial Hubble: las del estudio CANDELS. Los astrónomos descubrieron 63 objetos extremadamente rojos en las imágenes infrarrojas obtenidas por el telescopio espacial Spitzer de la NASA, demasiado rojos para ser detectados por el telescopio Huble. Sin embargo, la capacidad de resolución espacial limitada del telescopio Spitzer les impidió estudiarlos en detalle y saber qué eran.

ALMA detectó emisiones de ondas submilimétricas provenientes de 39 de estos 63 objetos extremadamente rojos. Gracias a su alta resolución y sensibilidad, ALMA confirmó que se trataba de galaxias masivas que producen estrellas 100 veces más rápido que la Vía Láctea. Estas galaxias son representativas de la mayoría de las galaxias masivas presentes en el Universo hace 10.000 millones de años, muchas de las cuales no se habían detectado en observaciones anteriores.

“Al mantener esta tasa de formación estelar, estas galaxias observadas con ALMA probablemente se convertirán en la primera población de galaxias elípticas masivas formadas en el Universo primitivo”, sostiene David Elbaz, astrónomo de la CEA y coautor del artículo. “Pero hay un problema: son mucho más abundantes de lo que se podría esperar”. Según los astrónomos, se observó una densidad de 530 objetos por grado cuadrado del cielo, una cifra que excede con creces los modelos teóricos y simulaciones informáticas actuales. Asimismo, según un modelo del Universo ampliamente aceptado con un tipo de materia oscura específico, es difícil que se haya formado un gran número de objetos masivos en una etapa tan temprana del Universo. Estos resultados de ALMA ponen en tela de juicio lo que se sabía hasta ahora de la evolución del Universo.

“Al igual que la galaxia M87, donde se encuentra el primer agujero negro del que se obtuvo una imagen recientemente, las galaxias elípticas masivas se encuentran en el corazón de los cúmulos de galaxias. Los científicos creen que en estas galaxias la mayoría de las estrellas se formó en el Universo primitivo”, señala Kotaro Kohno, profesor de la Universidad de Tokio y miembro del equipo de investigación. “Sin embargo, las observaciones anteriores en busca de los progenitores de estas galaxias masivas no habían dado frutos porque se habían buscado únicamente galaxias fácilmente detectables con el telescopio Hubble. El hallazgo de este gran número de galaxias masivas invisibles para el telescopio Hubble constituye una prueba directa de la formación de galaxias masivas durante los primeros 1.000 millones de años del Universo”. Se necesitan más observaciones detalladas con ALMA y el telescopio espacial James Webb de la NASA para obtener más información fundamental sobre la naturaleza de estas galaxias. Con nuevos estudios se podrá obtener un panorama completo de la formación de las galaxias en el Universo primitivo”.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de T. Wang et al. titulado “A dominant population of optically invisible massive galaxies in the early Universe” (‘Población dominante de galaxias masivas invisibles en el espectro óptico en el Universo primitivo’), publicado en la revista Nature el 7 de agosto de 2019.

El equipo de investigación estuvo integrado por T. Wang (Universidad de Tokio/CEA/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), C. Schreiber (CEA/Universidad de Leiden/Universidad de Oxford), D. Elbaz (CEA), Y. Yoshimura (Universidad de Tokio), K. Kohno (Universidad de Tokio), X. Shu (Universidad Normal de Anhui), Y. Yamaguchi (Universidad de Tokio), M. Pannella (Universidad Ludwig-Maximilians), M. Franco (CEA), J. Huang (Observatorios Astronómicos Nacionales de China), C.-F. Lim (Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica) y W.-H. Wang (Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica).

La investigación se financió con la Beca de Investigación Científica de ALMA NAOJ n.^o2017-06B, JSPS KAKENHI (n.^o JP17H06130), el fondo n.^o312725 (ASTRODEEP) del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2013), NSFC 11573001, el Programa Nacional de Investigación Básica de China 2015CB857005 y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (fondo 105-2112-M-001-029-MY3).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes

ALMA identificó 39 tenues galaxias invisibles para el telescopio espacial Hubble en la zona más lejana del Universo observada por este último, a 10.000 millones de años luz de distancia. En esta imagen se comparan las observaciones de ALMA y del telescopio Hubble. Los cuadros numerados de 1 a 4 corresponden a los lugares donde se encuentran estas galaxias invisibles para el telescopio Hubble. Créditos: Universidad de Tokio/CEA/NAOJ.

Representación artística de las distantes galaxias observadas con ALMA. ALMA identificó galaxias tenues invisibles para el telescopio espacial Hubble. Para el equipo de investigación, estas galaxias preceden a las galaxias elípticas masivas del Universo actual. Créditos: NAOJ