ALMA observa la galaxia más distante parecida a la Vía Láctea

12 agosto, 2020

Artículo Científico

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos ha revelado la presencia de una galaxia extremadamente distante y, por lo tanto, muy joven, que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia está tan lejos que su luz ha tardado más de 12 mil millones de años en llegar a nosotros: la vemos como era cuando el Universo tenía sólo 1.400 millones de años. También sorprende su falta de caos, contradiciendo las teorías que suponen que, en el Universo primitivo, todas las galaxias eran turbulentas e inestables. Este inesperado descubrimiento desafía nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias, proporcionando nuevas perspectivas sobre el pasado de nuestro Universo.

“Este resultado representa un avance en el campo de la formación de galaxias, mostrando que las estructuras que observamos en galaxias espirales cercanas y en nuestra Vía Láctea ya estaban en su lugar hace 12 mil millones de años”, afirma Francesca Rizzo, estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, quien dirigió la investigación publicada hoy en Nature. Aunque la galaxia estudiada, llamada SPT0418-47, no parece tener brazos espirales, tiene al menos dos características típicas de nuestra Vía Láctea: un disco giratorio y una protuberancia, el gran grupo de estrellas concentradas alrededor del centro galáctico. Es la primera vez que se ve una protuberancia en una etapa tan temprana de la historia del Universo, haciendo de SPT0418-47 la galaxia parecida a la Vía Láctea más distante observada hasta el momento.

“La gran sorpresa fue descubrir que esta galaxia es en realidad bastante similar a las galaxias cercanas, al contrario de lo que se esperaba por los modelos y observaciones anteriores, menos detalladas”, sugiere el coautor Filippo Fraternali, del Instituto Astronómico Kapteyn de la Universidad de Groningen, en los Países Bajos. En el Universo primitivo, las galaxias jóvenes todavía estaban en proceso de formación, por lo que los investigadores esperaban que fueran caóticas y carecieran de las estructuras típicas de galaxias más maduras como la Vía Láctea.

Estudiar galaxias distantes como SPT0418-47 es fundamental para nuestra comprensión de cómo se formaron y evolucionaron las galaxias. Esta galaxia está tan lejos que la vemos cuando el Universo tenía sólo el 10% de su edad actual, ya que su luz tardó 12 mil millones de años en llegar a la Tierra. Al estudiarla, estamos volviendo a una época en la que estas galaxias bebé estaban empezando a desarrollarse.

Debido a la gran distancia a la que se encuentran, es casi imposible observar con detalle estas galaxias, incluso con los telescopios más potentes, ya que las galaxias se ven pequeñas y débiles. El equipo superó este obstáculo al usar una galaxia cercana como una poderosa lupa, un efecto conocido como lente gravitacional, permitiendo a ALMA ver el pasado lejano con un detalle sin precedentes. En este efecto, el tirón gravitacional de la galaxia cercana distorsiona y curva la luz de la galaxia distante, haciendo que la veamos deformada y magnificada.

Gracias a su alineación casi exacta, la galaxia distante vista con lente gravitacional aparece como un anillo de luz casi perfecto alrededor de la galaxia cercana. El equipo de investigación reconstruyó la verdadera forma de la galaxia distante y el movimiento de su gas a partir de los datos de ALMA utilizando una nueva técnica de modelado computacional. “Cuando vi por primera vez la imagen reconstruida de SPT0418-47 no podía creerlo: se abría un cofre del tesoro”, afirma Rizzo.

“Lo que encontramos fue bastante desconcertante: a pesar de formar estrellas a un ritmo alto, y por lo tanto ser un lugar con procesos altamente energéticos, SPT0418-47 es el disco de galaxia mejor ordenado que jamás se haya observado en el Universo temprano”, declaró la coautora Simona Vegetti, también del Instituto Max Planck de Astrofísica. “Este resultado es bastante inesperado y tiene importantes implicaciones en la forma en que creemos que evolucionan las galaxias”. Los astrónomos señalan, sin embargo, que, aunque SPT0418-47 tiene un disco y otras características similares a las de las galaxias espirales que vemos hoy en día, esperan que evolucione a una galaxia muy diferente de la Vía Láctea y se una a la clase de galaxias elípticas, otro tipo de galaxias que, junto a las espirales, habitan el Universo actual.

Este inesperado descubrimiento sugiere que el Universo primitivo pudo no ser tan caótico como se creía y plantea muchas preguntas sobre cómo podría haberse formado una galaxia bien ordenada tan poco tiempo después del Big Bang. Este hallazgo de ALMA sigue al descubrimiento anterior anunciado en mayo de un disco masivo giratorio visto a una distancia similar. Gracias al efecto de la lente, SPT0418-47 se ve con más detalle y, además de un disco, tiene una protuberancia, por lo que se parece más a nuestra Vía Láctea actual que la galaxia estudiada anteriormente.

Futuros estudios, incluso con el Telescopio Extremadamente Grande de ESO, tratarán de descubrir cuán típicas son realmente estas galaxias de disco ‘bebés’ y si es común que sean menos caóticas de lo previsto, abriendo nuevas vías para que los astrónomos descubran cómo evolucionaron las galaxias.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe” que se publica en la revista Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6).

El equipo está formado por F. Rizzo (Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania [MPA]); S. Vegetti (MPA); D. Powell (MPA); F. Fraternali (Instituto de Astronomía Kapteyn, Universidad de Groningen, Países Bajos); J. P. McKean (Instituto de Astronomía Kapteyn y ASTRON, Instituto de Radioastronomía de Países Bajos); H. R. Stacey (MPA, Instituto de Astronomía Kapteyn y ASTRON, Instituto de Radioastronomía de Países Bajos) y S. D. M. White (MPA).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO), socio de ALMA en nombre de Europa.

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

Utilizando ALMA (un conjunto de antenas del cual ESO es socio), un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Utilizando ALMA (un conjunto de antenas del cual ESO es socio), un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto. A partir de los datos proporcionados por ALMA, el equipo de investigación reconstruyó la verdadera forma de la galaxia distante, que se muestra aquí, y el movimiento de su gas, utilizando para ello una nueva técnica de modelado por ordenador. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto. A partir de los datos proporcionados por ALMA, el equipo de investigación reconstruyó la verdadera forma de la galaxia distante, que se muestra aquí, y el movimiento de su gas, utilizando para ello una nueva técnica de modelación computacional. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Utilizando ALMA (un conjunto de antenas del cual ESO es socio), un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto (izquierda). A partir de los datos proporcionados por ALMA, el equipo de investigación reconstruyó la verdadera forma de la galaxia distante y el movimiento de su gas (derecha), utilizando para ello una nueva técnica de modelado por ordenador. Las observaciones indican que SPT0418-47 es una galaxia de disco con una protuberancia central y el material del disco gira alrededor del centro. El gas que se aleja de nosotros se muestra en rojo, mientras que el gas que se mueve hacia el observador se muestra en azul. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. La galaxia, SPT0418-47, se ha observado gracias a una lente gravitacional de una galaxia cercana, y puede verse como un anillo de luz casi perfecto (izquierda). A partir de los datos proporcionados por ALMA, el equipo de investigación reconstruyó la verdadera forma de la galaxia distante y el movimiento de su gas (derecha), utilizando para ello una nueva técnica de modelación computacional. Las observaciones indican que SPT0418-47 es una galaxia de disco con una protuberancia central y el material del disco gira alrededor del centro. El gas que se aleja de nosotros se muestra en rojo, mientras que el gas que se mueve hacia el observador se muestra en azul. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

Videos

Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de una galaxia muy distante que es sorprendentemente similar a nuestra Vía Láctea. Este vídeo resume sus hallazgos. Crédito:ESO. Este vídeo está disponible en 4K UHD.
Esta animación esquemática muestra cómo la luz de una galaxia distante se distorsiona por los efectos gravitacionales de una galaxia en primer plano, que actúa como una lente y hace que la fuente distante parezca distorsionada, pero magnificada, formando anillos característicos de luz, conocidos como anillos de Einstein. Este efecto ha permitido a los astrónomos ver, con más detalle de lo que habría sido posible de otra manera, la lejana galaxia SPT0418-47 (que aparece como un anillo de oro en las imágenes de ALMA). La galaxia en primer plano no es visible en las imágenes de ALMA de SPT0418-47 porque es demasiado débil en las longitudes de onda utilizadas. El color azul utilizado en este esquema para representar a esta galaxia en primer plano es artificial.
Crédito: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Luis Calçada (ESO)
Esta animación da al espectador una idea de cómo los astrónomos, a partir de las observaciones realizadas por ALMA de esta galaxia con lente gravitacional, han reconstruido la verdadera forma de la galaxia SPT0418-47. Vemos a SPT0418-47 con una lente gravitacional creada por una galaxia cercana, por lo que aparece como un anillo de luz casi perfecto que se muestra al principio del vídeo. Al final, vemos la imagen de SPT0418-47 que los astrónomos obtuvieron cuando utilizaron una nueva técnica de modelación computacional para reconstruir su forma real y el movimiento del gas.
Crédito:ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Martin Kornmesser (ESO)

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