ALMA y VLT estudian una galaxia envejecida en un joven universo
2 Marzo, 2015 / Tiempo de lectura: 10 minutes
Una de las galaxias más lejanas jamás observadas proporciona a los astrónomos la primera detección de polvo en un remoto sistema de formación estelar de este tipo, una prometedora evidencia para explicar la rápida evolución de las galaxias después del Big Bang. Para recoger el débil resplandor del polvo frío en la galaxia A1689-zD1, las nuevas observaciones han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), mientras que para medir su distancia lo han hecho con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO).
Un equipo de astrónomos liderado por Darach Watson de la Universidad de Copenhague, ha utilizado ALMA y el instrumento X-shooter, instalado en elVLT, para observar una de las galaxias más remotas y jóvenes jamás encontrada. Se sorprendieron al descubrir un sistema mucho más evolucionado de lo esperado, ya que tenía una fracción de polvo similar a una galaxia evolucionada como la Vía Láctea. Este polvo es vital para la vida ya que ayuda en la formación de planetas, moléculas complejas y estrellas normales.
Ubicación de la lejana y polvorienta galaxia A1689-zD1 detrás el cúmulo de galaxias Abell 1689 (con anotaciones) Esta espectacular vista desde el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA muestra al rico cúmulo de galaxias Abell 1689. La enorme concentración de masa dobla la luz procedente de objetos más distantes y puede aumentar su brillo total aparente, haciéndolos visibles. Señalado con un recuadro, vemos uno de estos objetos: A1689-zD1 (aunque apenas es visible en esta foto). Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA y el telescopio VLT de ESO han revelado que este objeto es una galaxia polvorienta vista cuando el Universo tenía tan sólo 700 millones de años. Crédito: NASA; ESA; L. Bradley (Universidad Johns Hopkins); R. Bouwens (Universidad de California, Santa Cruz); H. Ford (Universidad Johns Hopkins); y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz).
El objeto se llama A1689-zD1 [1] y podemos verlo gracias a que un lente gravitacional (formado por el espectacular cúmulo de galaxias Abell 1689 que se encuentra entre la joven galaxia y la Tierra) amplifica su brillo más de nueve veces. Sin este fenómeno el resplandor de esta lejana galaxia habría sido demasiado débil para detectarlo.
Estamos viendo a A1689-zD1 cuando el Universo tenía sólo unos 700 millones de años (el cinco por ciento de su edad actual [2]). Es un sistema relativamente modesto, mucho menos masivo y luminoso que muchos otros objetos que se han estudiado antes en esta etapa del Universo temprano y, por lo tanto, un ejemplo más típico de una galaxia en aquel momento.
Vista infrarroja de la lejana y polvorienta galaxia A1689-zD1 detrás del cúmulo de galaxias Abell 1689 Esta vista en luz infrarroja del instrumento WFC3, instalado en el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, muestra parte del rico cúmulo de galaxias Abell 1689. La enorme concentración de masa dobla la luz procedente de objetos más distantes y puede aumentar su brillo total aparente, haciéndolos visibles. Uno de estos objetos, A1689-zD1, se señala en esta imagen. Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA y el telescopio VLT de ESO, han revelado que este objeto es una galaxia polvorienta vista cuando el Universo tenía tan sólo 700 millones de años. Su luz ha sido aumentada en un factor de más de nueve debido al efecto de lente gravitacional generado por el cúmulo masivo. Crédito: ESO/J. Richard
A1689-zD1 está siendo observada tal y como era durante el período de reionización, cuando las primeras estrellas trajeron consigo un amanecer cósmico, iluminando por primera vez un inmenso y transparente Universo y acabando con el prolongado estancamiento de la edad oscura. Los observadores esperaban ver un sistema con apariencia de haberse formado recientemente, pero la galaxia les sorprendió por su rica complejidad química y por su abundancia de polvo interestelar.
"Tras confirmar la distancia de la galaxia utilizando el VLT -afirma Darach Watson- nos dimos cuenta de que había sido observada previamente con ALMA. No esperábamos encontrar mucho, pero te aseguro que estábamos todos muy emocionados cuando nos dimos cuenta que ALMA no sólo la había observado, sino que había hecho una clara detección. Uno de los principales objetivos del observatorio ALMA era encontrar galaxias en el Universo temprano a partir de sus emisiones de gas y polvo fríos ¡y aquí está!".
La lejana y polvorienta galaxia A1689-zD1 en el cúmulo de galaxias Abell 1689 Esta espectacular vista desde el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA muestra al rico cúmulo de galaxias Abell 1689. La enorme concentración de masa dobla la luz procedente de objetos más distantes y puede aumentar su brillo total aparente, haciéndolos visibles. Señalado con un recuadro, vemos uno de estos objetos: A1689-zD1 (aunque apenas es visible en esta foto). Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA y el telescopio VLT de ESO, han revelado que este objeto es una galaxia polvorienta vista cuando el Universo tenía tan sólo 700 millones de años. Crédito: NASA; ESA; L. Bradley (Universidad Johns Hopkins); R. Bouwens (Universidad de California, Santa Cruz); H. Ford (Universidad Johns Hopkins); and G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz).
Esta galaxia estaba en su infancia cósmica, pero resultó ser precoz. A esta edad, se supone que debía tener pocos elementos químicos pesados (en astronomía, cualquier elemento más pesado que el hidrógeno o el helio se define como metal). Estos se producen en el interior de las estrellas y se dispersan una vez que las estrellas explotan o alcanzan el final de sus vidas de otro modo. Es necesario que este proceso se repita durante muchas generaciones estelares para producir una gran abundancia de los elementos más pesados como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno.
Sorprendentemente, la galaxia A1689-zD1 parecía estar emitiendo una gran cantidad de radiación en el infrarrojo lejano [3], indicando que ya había producido muchas de sus estrellas y cantidades significativas de metales, revelando que no sólo contenía polvo sino que tenía una proporción polvo-gas similar a la de galaxias mucho más maduras.
Según explica Darach Watson, "aunque el origen exacto del polvo galáctico sigue siendo un misterio, nuestros resultados indican que su producción es muy rápida, en un margen de sólo 500 millones años desde el comienzo de la formación de estrellas en el Universo. En términos cosmológicos, es un plazo muy corto, dado que la mayoría de las estrellas viven miles de millones de años".
Visión de amplio campo del cielo que rodea al rico cúmulo de galaxias Abell 1689 Esta imagen, fruto del sondeo Digitized Sky Survey 2, muestra la región del cielo que rodea al rico cúmulo de galaxias Abell 1689 en la constelación de Virgo. También pueden verse muchas otras galaxias, mucho más cercanas. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2
Los resultados sugieren que A1689-zD1 ha estado formando estrellas uniformemente a un ritmo moderado desde 560 millones de años después del Big Bang, o bien ha pasado de forma muy rápida por su fase de brote estelar antes de entrar en una etapa de declive en cuanto a formación de estrellas.
Antes de este resultado, los astrónomos temían que fuera imposible detectar este tipo de galaxias distantes utilizando estas técnicas, pero A1689-zD1 ha sido detectada usando tan sólo breves observaciones llevadas a cabo por ALMA.
Kirsten Knudsen, de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y coautor del artículo, añadió que "esta galaxia increíblemente polvorienta parece haberse visto en un apuro para hacer sus primeras generaciones de estrellas. En el futuro, ALMA será capaz de ayudarnos a encontrar más galaxias como esta y aprender así por qué están tan ansiosas por crecer".
Notas
[1] Esta galaxia fue descubierta anteriormente en las imágenes del Hubble, cuando se sospechaba que estaba muy lejos, pero en aquel momento no pudo medirse la distancia con precisión.
[2] Esto corresponde a un desplazamiento al rojo (redshift) de 7,5.
[3] Debido a la expansión del Universo, cuando alcanza la Tierra esta radiación se ha "estirado", desplazándose hacia la longitud de onda del rango milimétrico, por lo que es posible detectarla con ALMA.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado "A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization", por D. Watson et al., y aparece en línea en la revista Nature del 2 de marzo de 2015.
El equipo está formado por: D. Watson (Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca); L. Christensen (Universidad de Copenhague); K. K. Knudsen (Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia); J. Richard (CRAL, Observatorio de Lyon, Saint Genis Laval, Francia); A. Gallazzi (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia) y M. J. Michalowski (SUPA, Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido).
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.
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