Observan dúo de galaxias titánicas en espectacular proceso de fusión y formación de estrellas.

ADSF-27, un dúo de galaxias en fusión.

Representación artística de dos galaxias con brotes de formación estelar empezando a fusionarse en el universo joven.
Créditos: NRAO/AUI/NSF

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) permitió observar por primera vez el acercamiento entre dos galaxias increíblemente brillantes y masivas en el Universo joven. Se trata de galaxias con brotes de formación estelar hiperluminosas, extremadamente raras en esta época de la historia cósmica en la que se formaron las primeras galaxias. Este puede ser uno de los brotes de formación estelar más violentos que se haya detectado.

Los astrónomos observaron este par de galaxias en interacción, cuya denominación conjunta es ADFS-27, cuando estaban empezando un proceso gradual de fusión para formar una galaxia elíptica masiva. Durante un roce que habían protagonizado anteriormente se había desatado un impresionante brote de formación estelar. Los astrónomos creen que esta fusión podría terminar dando nacimiento al núcleo de un cúmulo de galaxias, que son una de las estructuras más masivas del Universo.

“El hecho de encontrar una sola galaxia con brotes de formación estelar hiperluminosa ya es un tremendo logro. Encontrar dos y además tan cerca una de la otra es realmente increíble”, celebra Dominik Riechers, astrónoma de la Universidad Cornell, en Ithaca (Nueva York) y autora principal de un artículo que se publicará en The Astrophysical Journal. “Considerando la distancia extrema que las separa de la Tierra y la frenética actividad de formación estelar que ambas albergan, es posible que estemos observando la fusión galáctica más intensa que se haya descubierto a la fecha”.

El par de galaxias ADFS-27 se encuentra a una distancia aproximada de 12.700 millones de años luz de la Tierra, en dirección de la constelación Dorado. A esa distancia, los astrónomos observan este sistema tal como era cuando el Universo tenía solo unos 1.000 millones de años de edad.

Observatorio espacial Herschel.
Crédito: ESA.

Los astrónomos detectaron el sistema por primera vez usando el observatorio espacial Herschel, de la Agencia Espacial Europea, ESA. Cuando dicho telescopio escrutó el cielo austral, estas galaxias aparecieron como un simple punto rojo. De estas observaciones iniciales se dedujo que este objeto aparentemente tenue era extremadamente brillante y distante. Las observaciones siguientes realizadas con el telescopio Atacama Pathfinder Experiment (APEX, del Observatorio Europeo Austral) confirmaron estas interpretaciones iniciales y allanaron el camino para la realización de observaciones más detalladas con ALMA.

Gracias a su mayor resolución y sensibilidad, ALMA permitió medir con precisión la distancia de este objeto, y reveló que en realidad se trataba de dos galaxias. El acercamiento de dos galaxias de características raras indica, según los astrónomos, que se encuentran en una zona particularmente densa del Universo en ese período específico de su historia.

Las nuevas observaciones de ALMA también revelaron que el sistema ADFS-27 debe tener aproximadamente 50 veces la cantidad de gas incubador de estrellas presente en la Vía Láctea. “Gran parte de este gas se convertirá en estrellas nuevas muy rápido”, afirma Riechers. “Nuestras observaciones actuales indican que estas dos galaxias están efectivamente produciendo estrellas a un ritmo acelerado, cerca de mil veces más rápido que nuestra propia galaxia”.

Imagen compuesta del par de galaxias ADFS-27. La imagen de fondo fue obtenida por el observatorio espacial Herschel, de la ESA. Posteriormente, el objeto fue detectado por el telescopio Atacama Pathfinder Experiment (APEX) de la ESO (al medio). ALMA (a la derecha) permitió identificar dos galaxias: ADFS-27N (Norte) y ADFS-27S (Sur). Estas galaxias con brotes de formación estelar se encuentran a unos 12.800 millones de años luz de la Tierra y están destinadas a fusionarse y formar una galaxia masiva. 

Créditos: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; ESA Herschel; ESO APEX; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); D. Riechers

Las galaxias, que tendrían el aspecto de discos giratorios planos, están llenas de estrellas azules masivas extremadamente brillantes. Sin embargo, la mayor parte de ese brillo nunca alcanza a salir de las galaxias, puesto que hay demasiado polvo interestelar entre ellas.

El polvo absorbe el brillo estelar y se calienta hasta brillar intensamente en el espectro infrarrojo. A medida que esta luz atraviesa largas distancias cósmicas para llegar a la Tierra, la expansión del Universo convierte la luz infrarroja en ondas de longitud milimétrica y submilimétrica gracias al efecto Doppler.

Como ALMA está diseñado precisamente para detectar y estudiar este tipo de luz, los astrónomos pudieron resolver la fuente de luz y detectar dos objetos distintos. Las observaciones también muestran las estructuras básicas de las galaxias, y revelan estructuras en forma de cola que se desprendieron durante su encuentro inicial.

Telescopio APEX de ESO.
Crédito: ESO.

Las nuevas observaciones también indican que las dos galaxias están separadas por unos 30.000 años luz de distancia y se desplazan a varios cientos de kilómetros por segundo una con respecto a la otra. A medida que sigan interactuando gravitacionalmente, las galaxias van a ir desacelerándose y acercándose, y van a tener varios encuentros más antes de fusionarse y formar una galaxia elíptica masiva. Los astrónomos calculan que este baile tardará unos cientos de millones de años.

“Debido a su gran distancia y la cantidad de polvo que contienen, estas galaxias son imposibles de detectar en longitudes de onda visibles”, señala Riechers. “Esperamos poder combinar los espectaculares datos de ALMA con futuras observaciones infrarrojas del telescopio espacial James Webb, de la NASA. Ambos formarán un gran equipo que permitirá a los astrónomos entender mejor la naturaleza de éste y otros sistemas de características extremas y extraordinariamente raras”.

Información adicional

Los hallazgos de este estudio están consignados en un artículo titulado “Rise of the titans: a dusty, hyper-luminous “870 µm riser” galaxy at z~6,” (‘Furia de titanes: una galaxia polvorienta e hiperluminosa de 870 µm Riser a z~6’), de D. Riechers et al., publicado en The Astrophysical Journal, artículo científico.

El equipo está formado por Dominik A.Riechers (Cornell University, USA); T.K. Daysy Leung (Cornell University, USA); Rob J.Ivison (European Southern Observatory, Alemania, y Universidad de Edimburgo, UK) Ismael Pérez-Fournon (Instituto de Astrofisica de Canarias, y Universidad de La Laguna, España); Alexander J.R.Lewis (Universidad de Edimburgo, UK); Rui Marques-Chaves (Instituto de Astrofisica de Canarias, y Universidad de La Laguna, España); Ivan Oteo (European Southern Observatory, Alemania, y Universidad de Edimburgo, UK); Dave L.Clements (Imperial College London, UK); Asantha Cooray (University of California, Irvine, USA); Josh Greenslade (Imperial College London, UK); Paloma Martínez-Navajas (Instituto de Astrofisica de Canarias, y Universidad de La Laguna, España); Seb Oliver (University of Sussex, UK); Dimitra Rigopoulou (University of Oxford, UK, and Rutherford Appleton Laboratory, UK); Douglas Scott (University of British Columbia, Canada), and Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Alemania).

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).

Antenas de ALMA.
Crédito: ESO.

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.

Publicado en ALMA el 14 de noviembre de 2.017.