ALMA observa primeros rastros de contaminación medioambiental del Universo.

Imagen de una joven galaxia rodeada de una bolsa de carbono gaseoso generada por ALMA y el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA (HST). En rojo se aprecia la distribución del gas de carbono representada a partir de los datos de 18 galaxias obtenidos con ALMA. El tamaño de la imagen es de 3,8 x 3,8 arcosegundos, lo que corresponde a 70.000 x 70.000 años luz, a 12.800 millones de años luz de distancia. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, Fujimoto et al.

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de investigadores descubrió enormes nubes de carbono gaseoso que se extienden por más de 30.000 años luz alrededor de jóvenes galaxias. Es la primera vez que se confirma que los átomos de carbono producidos dentro de las estrellas del Universo primitivo se esparcieron fuera de las galaxias. Ningún estudio teórico había predicho la existencia de bolsas de carbono tan grandes alrededor de galaxias en etapa de crecimiento, y esto pone en tela de juicio nuestra comprensión actual de la evolución del cosmos.

“Examinamos cuidadosamente el archivo científico de ALMA y recabamos todos los datos que contienen señales de radio de iones de carbono provenientes de galaxias del Universo primitivo, tan solo 1.000 millones de años después del Big Bang, cuenta el autor principal del artículo, Seiji Fujimoto, astrónomo de la Universidad de Copenhague y, anteriormente, estudiante de doctorado de la Universidad de Tokio. “Al combinar todos estos datos, alcanzamos un grado de sensibilidad sin precedentes. Para obtener un conjunto de datos de esa calidad con una sola observación se tardaría 20 veces más que con las observaciones de ALMA, lo cual sería prácticamente imposible de lograr”.

En la época del Big Bang, el Universo carecía de elementos pesados como el carbono y el oxígeno. Estos se formaron después, por fusión nuclear, dentro de las estrellas. Sin embargo, todavía no se sabe muy bien cómo estos elementos se esparcieron por el Universo. Debido a la limitada capacidad de sus telescopios, los astrónomos han podido encontrar elementos pesados dentro de las galaxias más jóvenes, pero no fuera de ellas. Con ALMA, el equipo de investigación combinó las tenues señales almacenadas en el archivo de datos y amplió esas fronteras.

“Las nubes de carbono gaseoso son casi cinco veces más grandes que la distribución de estrellas en las galaxias, según lo observado con el telescopio espacial Hubble”, explica Masami Ouchi, profesor de la Universidad de Tokio y astrónomo del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. “Hemos detectado grandes nubes flotando en la oscuridad absoluta del Universo”.

Cabe preguntarse ahora cómo se formaron esas bolsas de carbono. “Al final de la vida de las estrellas, las explosiones de supernova arrojan al espacio los elementos pesados fabricados dentro de ellas”, señala el profesor Rob Ivison, director de ciencia de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral. “Los chorros energéticos y la radiación de los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias también podrían ayudar a transportar carbono fuera de las galaxias y, por último, a través del Universo. Estamos presenciando este proceso de dispersión: el efecto de contaminación medioambiental más antiguo del Universo”.

Los investigadores señalan que los modelos teóricos actuales no explican la existencia de nubes de carbono tan grandes alrededor de galaxias jóvenes, con lo cual hay que incorporar algún proceso físico nuevo en las simulaciones cosmológicas. “Las galaxias jóvenes parecen expulsar una cantidad de gas rico en carbono que supera con creces nuestras proyecciones”, comenta Andrea Ferrara, profesor de la Escuela Normal Superior de Pisa.

Ahora el equipo está usando ALMA y otros telescopios repartidos por el mundo para entender mejor las implicaciones de este hallazgo en los chorros galácticos y los halos ricos en carbono presentes alrededor de las galaxias.

Representación artística de una joven galaxia rodeada por una enorme nube de gas. Créditos: NAOJ.

Información adicional.

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de S. Fujimoto et al. titulado “First Identification of 10 kpc [CII] Halo around Star-Forming Galaxies at z=5-7” (‘Primera identificación de halo de 10 kpc [CII] alrededor de galaxias incubadoras de estrellas a z = 5-7’), publicado el 16 de diciembre de 2019 en la revista The Astrophysical Journal.

El equipo de investigación estuvo integrado por:

Seiji Fujimoto (Universidad de Tokio/Observatorio Astronómico Nacional de Japón/Universidad de Waseda, afiliado actualmente a la Universidad de Copenhague), Masami Ouchi (Universidad de Tokio/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Andrea Ferrara (Escuela Normal Superior de Pisa), Andrea Pallottini (Escuela Normal Superior de Pisa), Rob. J. Ivison (Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral), Christopher Behrens (Escuela Normal Superior de Pisa), Simona Gallerani (Escuela Normal Superior de Pisa), Shohei Arata (Universidad de Osaka), Hidenobu Yajima (Universidad de Tsukuba) y Kentaro Nagamine (Universidad de Osaka/Universidad de Tokio/Universidad de Nevada).

La investigación se financió con fondos de: Premier International Research Center Initiative (WPI Initiative), MEXT, Japón, JSPS KAKENHI (números 15H02064, 16J02344, 17H01110, 17H01111 y 17H01114), Beca de Investigación Científica de ALMA NAOJ 2017-06B, clúster de excelencia DFG “Origin and Structure of the Universe” del Instituto de Astrofísica y Física de Partículas de Múnich, 2018 Graduate Research Abroad in Science Program Grant (GRASP2018), Fondo Hayakawa Satio de la Sociedad Astronómica de Japón, y los fondos INTERSTELLAR H2020/740120 y COSMIC ISM 321302 del Consejo Europeo de Investigación (CEI).

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.

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• Publicado en ALMA el 17 de diciembre del 2019, enlace publicación.