ALMA observa 39 galaxias con z > 3 más grandes de lo esperado

Por Francisco R. Villatoro, el 7 agosto, 2019. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Nature • Noticias • Science ✎ 7

Las galaxias más grandes del universo se crearon en los primeros dos mil millones de años tras el big bang. Estas galaxias son invisibles para el telescopio espacial Hubble de la NASA. El telescopio espacial Spitzer de la NASA observó 63 objetos en el infrarrojo, pero no se pudo confirmar que fueran galaxias. Se publica en Nature que el radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) usando ondas submilimétricas (870 μm) ha confirmado que 39 de esos objetos son galaxias con z > 3 (casi seguro con z ≈ 4). Su ritmo de formación de estrellas de unas 200 masas solares al año (unas cien veces más rápido que la Vía Láctea). Hasta ahora solo se habían observado en el ultravioleta galaxias mucho más activas, que producen más de 1000 masas solares al año, y en número muy reducido. La población de galaxias con z > 3 observada tiene una densidad de 530 galaxias por grado cuadrado del cielo. Un número mayor del esperado, lo que según los astrónomos autores de este descubrimiento cuestiona los modelos de formación galáctica (incluso también el modelo cosmológico de consenso). Las futuras observaciones del telescopio espacial James Webb parecen necesarias para aclarar la situación.

Afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias. La población de galaxias masivas observada evolucionó hacia la primera población de galaxias elípticas masivas del universo primitivo. Para explicar la distribución actual de las galaxias elípticas, como se habían observado muy pocas galaxias masivas con z ≈ 3–6, fue necesario recurrir a una formación rápida de muchas galaxias con  z ≈ 2–3; los modelos teóricos de formación galáctica se tuvieron que acomodar para realizar dicha predicción (que quizás habría que llamar postdicción). Ahora resulta que se han observado las galaxias masivas que faltaban con z > 3. Como es obvio la nueva cifra excede las predicciones de los modelos teóricos acomodados actuales. Así que habrá que deshacer parte de lo hecho; supongo que no será difícil volver a acomodar las simulaciones de la formación galáctica a la nueva situación. Ya se sabe, la Naturaleza manda y la teoría se ajusta para explicar las observaciones. Afirmar que el nuevo descubrimiento cuestiona los modelos de formación galáctica me parece muy atrevido a día de hoy (aunque es una afirmación necesaria para publicar en Nature).

Conforme mejoran nuestras observaciones sobre las primeras galaxias, aparecen nuevos misterios a resolver en su formación. Junto con los resultados de EDGES sobre el amanecer cósmico, todo parece indicar que hay que adelantar el proceso de formación estelar. El artículo es T. Wang, C. Schreiber, …, W.-H. Wang, “A dominant population of optically invisible massive galaxies in the early Universe,” Nature 572: 211-214 (07 Aug 2019), doi: 10.1038/s41586-019-1452-4. Más información en “ALMA identifica antepasados oscuros de galaxias elípticas masivas”, ALMA, 070 ago 2019.

Esta imagen muestra 5 de los 63 objetos estudiados por ALMA en el catálogo de objetos observado por el instrumento IRAC (Infrared Array Camera) del telescopio espacial infrarrojo Spitzer en las imágenes de campo ultraprofundo del telescopio espacial Hubble. En la fila superior se observa la imagen en el óptico del HST F160W; solo se observa ruido (luego los objetos tienen magnitud aparente mayor de 27). En la segunda fila se observa la imagen obtenida en el infrarrojo por el instrumento IRAC 4.5 μm; resulta imposible discernir la naturaleza galáctica de dichos objetos. En la tercera fila se observa la imagen obtenida por ALMA a 870 μm; para los primeros cuatro objetos se confirma que son galaxias, mientras la naturaleza del quinto no está clara.

Esta figura muestra los 39 objetos identificados por ALMA como galaxias. En rojo se observan los contornos de ALMA a 870 μm (2 minutos de exposición) con 3σ, 4σ, 8σ, 16σ, 32σ y 64σ (la imagen en gris de fondo es de HST F160W). En celeste se observan los contornos de la imagen IRAC 4.5 μm con 2σ, 3σ, 4σ, 8σ y 16σ.

Las imágenes de ALMA no ofrecen dudas sobre la naturaleza de estas galaxias. Pero para confirmarlo se han obtenido múltiples imágenes desde MIPS 24 μm hasta ALMA 870 μm. Los picos a 350 μm y 500 μm apuntan a un desplazamiento al rojo de z ≈ 4. Se estima una masa estelar de M ≈ 1010.6 Mʘ (masas solares) y una luminosidad característica (en el intervalo entre 8 y 1000 μm) de LIR = (2.2 ± 0.3) × 1012 Lʘ (luminosidades solares). Recomiendo la consulta del artículo científico a los interesados en más detalles sobre las nuevas galaxias masivas tempranas.



7 Comentarios

  1. Ya sé que suponemos que el Universo es homogéneo e isótropo pero pone:

    “La población de galaxias con z > 3 observada tiene una densidad de 530 galaxias por grado cuadrado del cielo. ”

    Y se han observado 63 objetos, no parece una muestra muy representativa, no sé si se ha mirado a un lugar cualquiera o a muchos lugares distintos pero ¿no puede ser simple “chiripa”?

  2. Que el Universo tuvo su máximo de formación estelar entre z=2 a z=no se asume solo para encajar los modelos teóricos de formación de galaxias. Es un hecho observado. La mayor actividad de formación estelar de las galaxias se ha observado a esos redshifts, utilizando grandes sondeos de cientos de miles de objetos, como SDSS. A esos redshifts se concentran la mayor parte de las galaxias starburst y se miden las tasas de formación estelar más altas. Además, también coincide (aunque no con exactitud) con el pico de actividad de núcleos galácticos activos (AGN) que están íntimamente relacionados con la evolución de las galaxias y los brotes de formación estelar.

    Incluso estudiando la historia de formación estelar de galaxias cercanas (“actuales”) a muy bajo redshift, se encuentra que tuvieron su mayor pico de formación de estrellas en edades correspondientes a esos redshifts. Es más que solo encajar modelos teóricos, es algo bien respaldado observacionalmente.

    Saludos

      1. Ah vale, perdón, es lo dije porque no me quedaba tan claro eso de “Para explicar la distribución actual de las galaxias elípticas, como se habían observado muy pocas galaxias masivas con z ≈ 3–6, fue necesario recurrir a una formación rápida de muchas galaxias con z ≈ 2–3”. Me daba la impresión de que acomodaron lo de z=2-3 solo para explicar las elípticas y no tanto porque se hubiera observado directamente por otras cosas.

        Gracias por aclarar, saludos.

  3. Si me permites hacer el comentario menos cientifico posible, algunas observaciones ( galaxias en epocas en las cuales no debian tener el tamaño que vemos, agujeros negros supermasivos, que, aparentemente, no tubieron tiempo de formarse, etc.. ) me hacen pensar, que tal vez, algo de la teoria, este equivocado, no se que pueda ser, es solo una intuicion ( por eso lo de menos cientifico ) y esto me lleva al lado feo de la dos ramas de la ciencia, que mas me gustan, ( fisica de particulas y cosmologia ) que es el tiempo… que tardan las respuestas en llegar.
    Gracias por otra excelente entrada.

Deja un comentario