Las observaciones de dos galaxias realizadas con el radiotelescopio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ALMA, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, sugieren que las galaxias grandes se formaron más rápido de lo que los científicos habían pensado anteriormente.
Las dos galaxias, descubiertas por primera vez por el Telescopio del Polo Sur en la Estación Amundsen-Scott del Polo Sur de la NSF en la Antártida, eran masivas y estaban llenas de estrellas en un momento en que el cosmos tenía menos de mil millones de años.
La observación fue una sorpresa, considerando que los astrónomos habían pensado que las primeras galaxias, que se formaron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang, eran similares a las galaxias enanas de hoy en día: colecciones de estrellas mucho más pequeñas que la Vía Láctea.Hace unos pocos miles de millones de años, estas primeras galaxias más pequeñas se convirtieron en los bloques de construcción de las galaxias más grandes que llegaron a dominar el universo, según los científicos.
Pero las últimas observaciones de ALMA empujan esta época de formación de galaxias masivas más atrás en el pasado, ya que las dos galaxias eran gigantes cuando el universo tenía solo 780 millones de años. ALMA también reveló que estas galaxias grandes estaban enclavadas dentro de un par-estructura cósmica más masiva, un halo de materia oscura varios billones de veces más masiva que el Sol. El descubrimiento proporciona nuevos detalles sobre la aparición de grandes galaxias y el papel que juega la materia oscura en el ensamblaje de las estructuras más masivas del universo.
Los investigadores informan sus hallazgos en la revista Naturaleza .
"Con estas exquisitas observaciones de ALMA, los astrónomos están viendo la galaxia más masiva conocida en los primeros mil millones de años del Universo en proceso de ensamblarse", dijo Dan Marrone, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Arizona en Tucson yautor principal del artículo, cuya investigación recibió el apoyo de NSF, incluida una subvención NSF CAREER.
Ver galaxias distantes significa mirar hacia atrás en el tiempo, en cierto sentido. La energía de esos objetos tarda tanto en llegar a la Tierra que los investigadores de hoy ven eventos que ocurrieron hace miles de millones de años. El equipo de astronomía capturó datos de estas dos galaxias tal como estabanDurante un período de la historia cósmica conocida como la Época de la reionización, cuando la mayor parte del espacio intergaláctico estaba cubierto con una niebla oscura de gas de hidrógeno frío. A medida que se formaban más estrellas y galaxias, su energía eventualmente ionizó el hidrógeno entre las galaxias, revelando el universo comolo vemos hoy
Las observaciones mostraron que las dos galaxias estaban tan cerca, menos que la distancia de la Tierra al centro de nuestra galaxia, que ciertamente estaban en camino de fusionarse y formar la galaxia más grande jamás observada en la Época de Reionización.
"Por lo general, vemos que el tiempo de pequeñas galaxias trabajando duro para masticar el medio intergaláctico neutral", dijo Marrone. "Sin embargo, la creciente evidencia de observación con ALMA ha ayudado a remodelar esa historia y continúa retrasando el tiempoen el que las galaxias verdaderamente masivas surgieron por primera vez en el universo "
Las galaxias que estudiaron Marrone y su equipo, conocidas colectivamente como SPT0311-58, fueron identificadas originalmente como una sola fuente luminosa por la encuesta del Telescopio del Polo Sur SPT de 10 metros. SPT cuenta con el apoyo de la Oficina de Programas Polares de NSF, queadministra el programa antártico de los EE. UU.
"Estos descubrimientos son posibles gracias a la estrecha cooperación entre la División de Ciencias Astronómicas de NSF y la Oficina de Programas Polares, que apoyan las instalaciones de ALMA y SPT; dicha cooperación será esencial para lograr los objetivos de Windows en el Universo: La Era de Multi-messenger Astrophysics, una de las "10 grandes ideas para futuras inversiones NSF", dijo Vladimir Papitashvili, director del programa NSF para Astrofísica Antártica y Ciencias del Geoespacio.
Estas primeras observaciones indicaron que un objeto estaba muy distante y brillaba intensamente con luz infrarroja, lo que significa que era extremadamente polvoriento y probablemente atravesaba un estallido de formación estelar. Las observaciones posteriores con ALMA revelaron la distancia y la naturaleza dual del objeto, resolviendo claramenteel par de galaxias interactuando
Para hacer esta observación, ALMA recibió ayuda de una lente gravitacional, que proporcionó un impulso de observación al telescopio. Las lentes gravitacionales se forman cuando un objeto masivo que interviene, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, dobla la luz de galaxias más distantes.sin embargo, distorsionan la apariencia del objeto que se está estudiando, lo que requiere modelos informáticos sofisticados para reconstruir la imagen tal como aparecería en su estado inalterado.
Este proceso de "eliminación de lentes" proporcionó detalles interesantes sobre las galaxias, mostrando que la mayor de las dos 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 gasy casi 3 mil millones de veces la masa de nuestro sol en polvo.
"Esa es una gran cantidad de polvo, teniendo en cuenta la corta edad del sistema", señaló el miembro del equipo de ALMA Justin Spilker, un recién graduado de la Universidad de Arizona y ahora becario postdoctoral en la Universidad de Texas en Austin.
Los astrónomos determinaron que la rápida formación de estrellas de esta galaxia probablemente fue provocada por un encuentro cercano con su compañero un poco más pequeño, que ya alberga alrededor de 35 mil millones de masas solares de estrellas y está aumentando su tasa de explosión estelar al ritmo vertiginoso de 540 masas solares poraño.
Los investigadores señalan que las galaxias de esta era anterior son más desordenadas que las que vemos en el universo cercano. Sus formas más confusas se deben a las grandes reservas de gas que llueven sobre ellos y sus continuas interacciones y fusiones con sus vecinos.
Las nuevas observaciones también permitieron a los investigadores inferir la presencia de un halo de materia oscura verdaderamente masivo que rodea ambas galaxias. La materia oscura proporciona la fuerza de la gravedad que hace que el universo se colapse en estructuras galaxias, grupos y cúmulos de galaxias, etc..
"Si quieres ver si una galaxia tiene sentido en nuestra comprensión actual de la cosmología, quieres mirar el halo de materia oscura - la estructura de materia oscura colapsada - en la que reside", dijo Chris Hayward, un asociadocientífico investigador en el Centro de Astrofísica Computacional en el Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York que brinda apoyo teórico para el seguimiento de ALMA de galaxias descubiertas por SPT. "Afortunadamente, sabemos muy bien la relación entre la materia oscura y la materia normal en el universo, para que podamos estimar cuál debe ser la masa de halo de materia oscura "
Al comparar sus cálculos con las predicciones cosmológicas actuales, los investigadores descubrieron que este halo es uno de los más masivos que debería existir en ese momento.
"Se están descubriendo más galaxias con el Telescopio del Polo Sur que estamos siguiendo, y hay muchos más datos de encuestas que recién estamos comenzando a analizar. Nuestra esperanza es encontrar más objetos como este, posiblemente incluso más distantesunos, para comprender mejor esta población de galaxias polvorientas extremas y especialmente su relación con la población masiva de galaxias en esta época ", dijo Joaquín Vieira, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Illinois en Urbana-Campaign y miembro del equipo SPTcuyo estudio de galaxias descubiertas por SPT se financia a través del programa de Subvenciones de Investigación de Astronomía y Astrofísica de NSF.
"En cualquier caso, nuestra próxima ronda de observaciones de ALMA debería ayudarnos a comprender qué tan rápido se unieron estas galaxias y mejorar nuestra comprensión de la formación masiva de galaxias durante la reionización", dijo Marrone.
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Materiales proporcionado por Fundación Nacional de Ciencias . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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