Explosivo nacimiento de estrellas infla núcleos galácticos

11 septiembre, 2017

Artículo Científico

Un equipo de astrónomos descubrió procesos de formación estelar que inflan galaxias, comparables al efecto de la levadura que infla el pan. Gracias a dos poderosos telescopios terrestres y uno en órbita, pudieron observar galaxias de 11.000 millones de años de edad, en cuyos núcleos descubrieron explosivos brotes de formación de estrellas. De estas observaciones se desprende que las galaxias pueden cambiar de forma sin interactuar con otras galaxias.

“Se cree que las galaxias elípticas se forman a partir de colisiones de galaxias espirales”, señala Ken-ichi Tadaki, quien cursa un posdoctorado en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y es el autor principal de dos artículos sobre este hallazgo. “Pero no se sabe a ciencia cierta si todas las galaxias elípticas se forman de esa manera. Quizás haya otra forma”.

Resultados de observación de una galaxia situada a 11.000 millones de años luz. A la izquierda se muestran las ondas submilimétricas detectadas por ALMA, que reflejan la presencia de densas nubes de polvo y gas, donde se forman estrellas. En el centro y a la derecha se muestran la luz óptica y la luz infrarroja, respectivamente, observadas por el telescopio espacial Hubble. En la luz infrarroja se observa un gran disco galáctico, mientras que la luz óptica muestra tres jóvenes cúmulos estelares. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble NASA/ESA, Tadaki et al.

Resultados de observación de una galaxia situada a 11.000 millones de años luz. A la izquierda se muestran las ondas submilimétricas detectadas por ALMA, que reflejan la presencia de densas nubes de polvo y gas, donde se forman estrellas. En el centro y a la derecha se muestran la luz óptica y la luz infrarroja, respectivamente, observadas por el telescopio espacial Hubble. En la luz infrarroja se observa un gran disco galáctico, mientras que la luz óptica muestra tres jóvenes cúmulos estelares. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble NASA/ESA, Tadaki et al.

Con el fin de entender las metamorfosis galácticas, el equipo internacional de investigadores estudió galaxias situadas a 11.000 millones de años luz de distancia. Como la luz de los objetos distantes tarda mucho en llegar hasta nosotros, al observar galaxias ubicadas a 11.000 millones de años luz los astrónomos pudieron ver el Universo tal como era hace 11.000 millones de años, es decir, 3.000 millones de años después del Big Bang, precisamente en el período donde se formó la mayoría de las galaxias del Universo.

Captar la débil luz que lleva 11.000 millones de años viajando es una tarea delicada. Para estudiar estas antiguas galaxias, el equipo aprovechó todo el potencial de tres telescopios. Primero, usó el telescopio Subaru, de 8,2 metros, que el NAOJ tiene en Hawái, para observar 25 galaxias. Luego usó el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). El telescopio espacial Hubble se usó para capturar la luz de estrellas que permiten determinar la forma “actual” de las galaxias (es decir, de cuando la luz se emitió, hace 11.000 millones de años), mientras que ALMA observó las ondas submilimétricas emitidas por frías nubes de polvo y gas donde se forman nuevas estrellas. Al combinar ambas observaciones, se obtiene la forma que tenían estas galaxias hace 11.000 millones de años y se aprecia su evolución.

Representación artística de una galaxia espiral transformándose en galaxia elíptica. En la gran nube de polvo y gas situada en el centro de la galaxia se forman estrellas. Créditos: NAOJ

Representación artística de una galaxia espiral transformándose en galaxia elíptica. En la gran nube de polvo y gas situada en el centro de la galaxia se forman estrellas. Créditos: NAOJ

Gracias a su gran capacidad de resolución, el Hubble y ALMA permiten ilustrar la metamorfósis de estas galaxias. Con las imágenes del Hubble, los astrónomos descubrieron que estas galaxias están dominadas por discos, mientras que las imágenes de ALMA revelaron una enorme cantidad de polvo y gas, que delata la presencia de una incubadora de estrellas muy activa. De hecho, es tan intensa la actividad de formación estelar que muchas estrellas se formarán en los centros de estas galaxias. Esto lleva a los astrónomos a creer que, en última instancia, las galaxias serán dominadas por el bulbo estelar y se convertirán en galaxias lenticulares o elípticas.

“Obtuvimos indicios fehacientes de que estos densos núcleos galácticos pueden formarse sin que haya colisiones. Es decir, también pueden surgir de intensos procesos de formación estelar en el corazón de la galaxia”, explica Tadaki. El equipo de astrónomos usó el Very Large Telescope de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral para observar estas galaxias, y confirmó que no hay indicios de grandes colisiones galácticas.

Hace casi 100 años, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble ideó el sistema de clasificación morfológica de las galaxias. Desde entonces, muchos astrónomos se han esmerado por explicar la variedad de formas que adquieren las galaxias. Gracias a los telescopios más avanzados, los astrónomos han podido acercarse un poco más a la solución de este misterio.

Diagrama de la evolución de una galaxia. Primero la galaxia es dominada por el disco (izquierda), y luego se genera un intenso proceso de formación estelar en la enorme nube de polvo y gas situada en su centro (centro). Por último, la galaxia es dominada por el bulbo estelar y se convierte en una galaxia elíptica o lenticular. Créditos: NAOJ

Diagrama de la evolución de una galaxia. Primero la galaxia es dominada por el disco (izquierda), y luego se genera un intenso proceso de formación estelar en la enorme nube de polvo y gas situada en su centro (centro). Por último, la galaxia es dominada por el bulbo estelar y se convierte en una galaxia elíptica o lenticular. Créditos: NAOJ

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en los artículos de Tadaki et al. titulados “Bulge-forming Galaxies with an Extended Rotating Disk at z ~ 2” (‘Galaxias formadoras de bulbos con un extenso disco giratorio en z ~ 2’) y “Rotating Starburst Cores in Massive Galaxies at z = 2.5” (‘Núcleos estelares giratorios en galaxias masivas en z = 2,5’), publicados en The Astrophysical Journal Letters en enero y mayo de 2017, respectivamente.

El equipo estuvo compuesto por los siguientes investigadores:

Ken-ichi Tadaki (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre [MPE]/Observatorio Astronómico Nacional de Japón [NAOJ]), Reinhard Genzel (MPE/Universidad de California, Berkeley), Tadayuki Kodama (NAOJ/Universidad de Posgrado en Estudios Avanzados [SOKENDAI], Universidad de Tohoku), Stijn Wuyts (Universidad de Bath), Emily Wisnioski (MPE), Natascha M. Foerster Schreiber (MPE), Andreas Burkert (MPE/Universidad Ludwig Maximilian), Phillip Lang (MPE), Linda J. Tacconi (MPE), Dieter Lutz (MPE), Sirio Belli (MPE), Richard I. Davies (MPE), Bunyo Hatsukade (Universidad de Tokio), Masao Hayashi (NAOJ), Rodrigo Herrera-Camus (MPE), Soh Ikarashi (Universidad de Groninga), Shigeki Inoue (Universidad de Tokio), Kotaro Kohno (Universidad de Tokio), Yusei Koyama (NAOJ), J. Trevor Mendel (MPE/Universidad Ludwig Maximilian), Kouichiro Nakanishi (NAOJ/SOKENDAI), Rhythm Shimakawa (SOKENDAI/Universidad de California), Tomoko L. Suzuki (SOKENDAI/NAOJ), Yoichi Tamura (Universidad de Tokio/Universidad de Nagoya), Ichi Tanaka (NAOJ), Hannah Uebler (MPE), Dave J. Wilman (MPE/Universidad Ludwig Maximilian), Erica J. Nelson (MPE), Magdalena Lippa (MPE)

La investigación fue financiada por la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia y el Servicio Alemán de Intercambio Académico en el marco del Programa Japonés-Alemán de Cooperación en Investigación.

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 Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), 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.