ALMA observa un monstruo imparable en el Universo primitivo.

La galaxia COSMOS-AzTEC-1.

La galaxia monstruosa COSMOS-AzTEC-1 observada con ALMA. ALMA reveló la distribución del gas molecular (izquierda) y de las partículas de polvo (derecha). Además de la densa nube en el centro, el equipo de investigación detectó dos espesas nubes a varios miles de años luz del centro. Son nubes dinámicamente inestables, y se cree que albergan una intensa actividad de formación estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tadaki et al.

Un equipo de astrónomos elaboró el atlas anatómico más detallado a la fecha de una galaxia monstruosa, situada a 12.400 millones de años luz. Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), los astrónomos revelaron que las nubes moleculares de la galaxia son sumamente inestables y, por lo tanto, fabrican estrellas a un ritmo desenfrenado.  Se cree que las galaxias monstruosas son las antecesoras de las enormes galaxias elípticas de hoy, con lo cual el hallazgo ayuda a entender la formación y evolución de estas galaxias.

“Una de las mejores hazañas de ALMA es observar las galaxias lejanas con un nivel de resolución sin precedentes”, celebra Ken-ichi Tadaki, investigador de posdoctorado de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y autor principal del artículo científico publicado en la revista Nature.

Representación artística de la galaxia monstruosa COSMOS-AzTEC-1. Esta galaxia
se encuentra a 12.400 millones de años luz de nosotros y produce estrellas 1.000
veces más rápido que nuestra Vía Láctea. Las observaciones de ALMA
revelaron densas concentraciones de gas en el disco, donde se genera un frenesí
de nacimiento estelar. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Las galaxias monstruosas, o galaxias con brotes de formación estelar, producen estrellas a un ritmo impresionante: 1.000 veces más rápido que nuestra propia galaxia. Pero, ¿de dónde viene tanto frenesí? Para responder esta pregunta, los astrónomos necesitaban conocer el entorno de las incubadoras estelares. Y para ello, era fundamental producir mapas detallados de las nubes moleculares de estos monstruos cósmicos.

Tadaki y su equipo eligieron COSMOS-AzTEC-1. Esta galaxia fue descubierta por el telescopio James Clerk Maxwell, en Hawái, y más tarde el Large Millimeter Telescope (LMT), en México, descubrió que contenía grandes cantidades de monóxido de carbono y reveló brotes de formación estelar ocultos en ella. Las observaciones del LMT también permitieron calcular la distancia de la galaxia, que se encuentra a 12.400 millones de años luz.

Telescopio James Clerk Maxwell en Hawaii. Crédito de la imagen: William Montgomerie.

Si bien los investigadores descubrieron que COSMOS-AzTEC-1 contenía ingredientes para fabricar estrellas en grandes cantidades, todavía no lograban determinar a ciencia cierta las características del gas cósmico que contenía. Así, el equipo usó la alta sensibilidad y capacidad de resolución de ALMA para observar la galaxia y generar un mapa detallado de la distribución y el movimiento del gas molecular. Gracias a la configuración más amplia de ALMA, distribuida sobre un área de 16 km, es el mapa de mayor resolución que se haya obtenido a la fecha de una galaxia monstruosa de este tipo.

“Descubrimos que hay dos grandes nubes a varios miles de años luz del centro”, relata Tadaki. “En la mayoría de las galaxias con brotes de formación estelar, las estrellas se forman en el centro, por eso es tan sorprendente encontrar nubes periféricas”.

Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano.

Al estudiar la naturaleza del gas de COSMOS-AzTEC-1, los astrónomos descubrieron que las nubes de la galaxia son muy inestables, lo cual es poco común. Normalmente, la gravedad hacia dentro y la presión hacia fuera se encuentran equilibradas en las nubes. Una vez que la gravedad se transforma en presión centrífuga, la nube de gas colapsa y empieza a formar estrellas a un ritmo acelerado. Posteriormente, las estrellas y supernovas al final de la vida estelar arrojan gases que aumentan la presión hacia fuera, y la gravedad y la presión alcanzan un equilibrio que mantiene la formación estelar en un ritmo moderado. Así es como se autorregulan los proceso de formación estelar en las galaxias. No obstante, en COSMOS-AzTEC-1, la presión es mucho más débil que la gravedad, y la galaxia se transformó en un monstruo imparable que fabrica estrellas a un ritmo desenfrenado.

Los astrónomos calculan que el gas de COSMOS-AzTEC-1 se habrá consumido por completo dentro de 100 millones de años, unas diez veces más rápido que en otras galaxias incubadoras de estrellas.

Cabe preguntarse por qué el gas de COSMOS-AzTEC-1 es tan imparable. Los investigadores todavía no tienen una respuesta definitiva, pero es posible que se deba a una fusión de galaxias, que puede haber desplazado el gas hacia un área reducida y desatado una intensa formación estelar.

“Por ahora no tenemos indicios de una fusión en esta galaxia. Queremos observar otras galaxias similares con ALMA para entender la relación entre las fusiones galácticas y las galaxias monstruosas”, adelanta Tadaki.

Tomado durante la Expedición de Ultra Alta Definición de ESO en el Observatorio ALMA, se puede ver el conjunto de ALMA de 66 antenas mirando hacia el cielo violeta lleno de estrellas. Crédito: ESO / B. Tafreshi (twanight.org).

Nota.

El desplazamiento al rojo de COSMOS-AzTEC-1 es z = 4,3. Un cálculo basado en los últimos parámetros cosmológicos medidos con Planck (H0 = 67,3 km/s/Mpc, Ωm = 0,315, Λ = 0,685: resultados Planck 2013) arroja una distancia de 12.400 millones de años luz. Véase el texto “Expressing the distance to remote objects” (‘Expresión de la distancia de objetos lejanos’) para obtener más información.

Información adicional.

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de Tadaki et al. titulado “A gravitationally unstable gas disk of a starburst galaxy 12 billion years ago” (‘Disco de gas gravitacionalmente inestable en galaxia con brotes de formación estelar hace 12.000 millones de años’), publicado en la revista Nature el 30 de agosto de 2018, enlace publicación.

Los miembros del equipo de investigación son:

Ken-ichi Tadaki (Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Daisuke Iono (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Min S. Yun (Universidad de Massachusetts), Itziar Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica), Bunyo Hatsukade (Universidad de Tokio), David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica), So Ikarashi (Universidad de Groninga), Takuma Izumi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) Ryohei Kawabe (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) Kotaro Kohno (Universidad de Tokio), Munju Lee (Universidad de Nagoya), Yuichi Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Kohichiro Nakanishi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Toshiki Saito (Instituto Max Planck de Astronomía), Yoichi Tamura (Universidad de Nagoya) Junko Ueda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Hideki Umehata (RIKEN), Grant W. Wilson (Universidad de Massachusetts), Tomonari Michiyama (SOKENDAI), Misaki Ando (SOKENDAI), Patrick Kamieneski (Universidad de Massachusetts).

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• Publicado en ALMA el 29 de agosto del 2.018, enlace artículo.