Observan auge y ocaso de formación estelar y abundante polvo de estrellas antiguas

19 marzo, 2019

Artículo Científico

Un grupo de investigadores detectó una señal de radio proveniente de polvo interestelar presente en grandes cantidades en MACS0416_Y1, una galaxia situada a 13.200 millones de años luz de nosotros, en la constelación de Erídano. Como los modelos actuales no logran explicar la existencia de tamaña cantidad de polvo en una galaxia tan joven, los astrónomos han tenido que replantearse la narrativa de los procesos de formación estelar. En este caso, los investigadores postulan que MACS0416_Y1 experimentó dos intensos brotes de formación estelar unos 300 millones y 600 millones de años después del Big Bang, intercalados por una etapa de quietud.

Las estrellas son los principales protagonistas del Universo, pero son animadas tras las bambalinas por manos invisibles hechas de polvo y gas. En efecto, las nubes de polvo y gas constituyen el escenario de los fenómenos de formación estelar y son los grandes guionistas de la historia cósmica.

“El polvo y los elementos relativamente pesados como el oxígeno son esparcidos en el espacio cuando mueren las estrellas”, explica Yoichi Tamura, profesor asociado de la Universidad de Nagoya y autor principal del artículo que consigna el hallazgo. “Por lo tanto, cuando se detecta polvo en algún punto del tiempo, significa que ya se formó y murió un determinado número de estrellas bastante antes de ese momento”.

Tamura y su equipo observaron la distante galaxia MACS0416_Y1 con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array(ALMA). Debido a la velocidad finita de la luz, las ondas de radio provenientes de esta galaxia que se detectaron ahora tuvieron que viajar durante 13.200 millones de años para llegar hasta nosotros. En otras palabras, estas ondas nos proporcionan una imagen de la galaxia tal como era hace 13.200 millones de años, es decir, solo 600 millones de años después del Big Bang.

Los astrónomos detectaron una señal débil pero característica de las emisiones de radio emanadas de partículas de polvo en MACS0416_Y1 [1]. El telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer y el Very Large Telescopede la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral han observado la luz de las estrellas que habitan la galaxia, y según su color, se calcula que estas tienen 4 millones de años de edad.

“No es fácil”, comenta Tamura, absorto en sus reflexiones. “Hay demasiado polvo como para que se haya formado en 4 millones de años. Es intrigante, pero tenemos que perseverar. Es posible que haya estrellas más antiguas ocultas en la galaxia, o que ya se hayan extinguido y desaparecido”, señala.

“Se han propuesto varias explicaciones para esta misteriosa abundancia de polvo”, cuenta Ken Mawatari, investigador de la Universidad de Tokio. “Sin embargo, ninguna es concluyente. Hemos elaborado un nuevo modelo que no requiere suposiciones extremas contrarias a nuestros conocimientos sobre la vida de las estrellas en el Universo actual. El modelo explica bastante bien el color de la galaxia y la cantidad de polvo”. En ese modelo, el primer brote de formación estelar empezó hace 300 millones de años y duró 100 millones de años. Después de eso, la actividad mermó y luego se reanudó a los 600 millones de años del Big Bang. Los investigadores creen que ALMA observó esta galaxia al principio del segundo brote de formación estelar.

“El polvo es fundamental para la formación de planetas como la Tierra”, señala Tamura. “Nuestros resultados constituyen un importante paso para entender la historia del Universo primitivo y el origen del polvo”.

Notas

[1] ALMA también detectó emisiones de polvo marginales en la galaxia A2744_YD1, que tiene una edad similar a MACS0416_Y1. La detección de polvo en la presente investigación tiene una mejor relación señal a ruido.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de Tadaki et al. titulado “Detection of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era” (‘Detección de emisión infrarroja lejana [O III] y de polvo en una galaxia con desplazamiento al rojo de 8.312: enriquecimiento temprano de metal en plena era de reionización’), publicado en The Astrophysical Journalen marzo de 2019.

El equipo de investigación estuvo integrado por:

Yoichi Tamura (Universidad de Nagoya), Ken Mawatari (Universidad Osaka Sangyo/Universidad de Tokio), Takuya Hashimoto (Universidad Osaka Sangyo/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Akio K. Inoue (Universidad Osaka Sangyo), Erik Zackrisson (Universidad de Uppsala), Lise Christensen (Universidad de Copenhague), Christian Binggeli (Universidad de Copenhague), Yuichi Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Hiroshi Matsuo (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Tsutomu T. Takeuchi (Universidad de Nagoya), Ryosuke S. Asano (Universidad de Nagoya), Kaho Sunaga (Universidad de Nagoya), Ikkoh Shimizu (Universidad de Osaka), Takashi Okamoto (Universidad de Hokkaido), Naoki Yoshida (Universidad de Tokio), Minju Lee (Universidad de Nagoya/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Takatoshi Shibuya (Instituto de Tecnología de Kitami), Yoshiaki Taniguchi (Universidad Abierta de Japón), Hideki Umehata (Universidad Abierta de Japón/RIKEN/Universidad de Tokio), Bunyo Hatsukade (Universidad de Tokio), Kotaro Kohno (Universidad de Tokio) y Kazuaki Ota (Universidad de Cambridge/Universidad de Kioto).

El estudio fue financiado por JSPS/MEXT KAKENHI (n.º 17H06130, 17H04831, 17KK0098, 17H01110, 18H04333 y 17K14252) y la Agencia Espacial Nacional de Suecia.

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

Imagen de la distante galaxia MACS0416_Y1 obtenida por ALMA y el telescopio espacial Hubble (HST). La distribución del polvo y del gas de oxígeno detectados por ALMA se muestra en rojo y verde, respectivamente, mientras que la distribución de las estrellas observadas por el HST se muestra en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, Tamura et al.

Imagen de la distante galaxia MACS0416_Y1 obtenida por ALMA y el telescopio espacial Hubble (HST). La distribución del polvo y del gas de oxígeno detectados por ALMA se muestra en rojo y verde, respectivamente, mientras que la distribución de las estrellas observadas por el HST se muestra en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, Tamura et al.

 

Interpretación artística de la distante galaxia MACS0416_Y1. A partir de las observaciones de ALMA y el HST, los investigadores postulan que esta galaxia contiene cúmulos poblados por estrellas maduras y jóvenes. Las nubes de gas y polvo están iluminadas por la luz de las estrellas. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón

Interpretación artística de la distante galaxia MACS0416_Y1. A partir de las observaciones de ALMA y el HST, los investigadores postulan que esta galaxia contiene cúmulos poblados por estrellas maduras y jóvenes. Las nubes de gas y polvo están iluminadas por la luz de las estrellas. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón