ALMA desvela galaxias en el amanecer cósmico escondidas en el polvo

Mientras investigaba datos de galaxias jóvenes y distantes observadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Yoshinobu Fudamoto, de la Universidad de Waseda y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), notó emisiones inesperadas provenientes de regiones aparentemente vacías en el espacio. Un equipo internacional de investigación confirmó que estas señales provenían de dos galaxias no descubiertas hasta ahora muy oscurecidas por el polvo cósmico. Esto sugiere que habrían más de estas galaxias de las esperadas por los investigadores que aún pueden permanecer ocultas en el Universo temprano.

Galaxias distantes fotografiadas con ALMA, el telescopio espacial Hubble y el telescopio VISTA del Observatorio Europeo Austral. Los colores verde y naranja representan las radiaciones de átomos de carbono ionizados y partículas de polvo, respectivamente, observadas con ALMA, y el azul representa la radiación del infrarrojo cercano observada con los telescopios espaciales VISTA y Hubble. REBELS-12 y REBELS-29 detectaron tanto la radiación del infrarrojo cercano como la radiación de átomos de carbono ionizados y polvo. Por otro lado, REBELS-12-2 y REBELS-29-2 no se han detectado en el infrarrojo cercano, lo que sugiere que estas galaxias están profundamente enterradas en polvo. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope, ESO, Fudamoto et al.

Cuando los astrónomos miran profundamente en el cielo nocturno, están observando cómo solía verse el Universo hace mucho tiempo. Debido a que la velocidad de la luz es finita, el estudio de las galaxias observables más distantes nos permite vislumbrar miles de millones de años en el pasado, cuando el Universo era muy joven y las galaxias recién comenzaban a formarse. El estudio de este «Universo temprano» es una de las mayores fronteras de la astronomía y es esencial para construir modelos astrofísicos precisos y consistentes. Uno de los principales objetivos de los científicos es identificar todas las galaxias en los primeros mil millones de años de la historia cósmica y medir sus velocidades de crecimiento de acuerdo con su tasa de formación estelar.

Se han realizado varios esfuerzos durante las últimas décadas para observar galaxias distantes, que se caracterizan por emisiones electromagnéticas con un fuerte corrimiento al rojo (desplazamiento hacia longitudes de onda más largas) antes de llegar a la Tierra. Hasta ahora, nuestro conocimiento de las primeras galaxias se ha basado principalmente en observaciones con el Telescopio Espacial Hubble (HST) y grandes telescopios terrestres, que sondean su emisión ultravioleta (UV). Sin embargo, recientemente, los astrónomos han comenzado a utilizar la capacidad única de ALMA para estudiar galaxias distantes en longitudes de onda submilimétricas. Esto podría ser particularmente útil para estudiar galaxias polvorientas no detectadas en los estudios del HST debido a que el polvo absorbe la emisión de UV. Dado que ALMA observa en longitudes de onda submilimétricas, puede detectar estas galaxias observando las emisiones delpolvo.

Como parte de un programa extendido de observación llamado REBELS por sus siglas en inglés (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), los astrónomos están utilizando ALMA para observar las emisiones de 40 galaxias seleccionadas del amanecer cósmico. Usando estos datos, algunos investigadores han descubierto recientemente que las regiones alrededor de algunas de estas galaxias contienen más de lo que parece.

Al analizar los datos observados para dos galaxias REBELS, Dr. Yoshida Fudamotodel Instituto de Investigación Científica y de Ingeniería de la Universidad de Waseda en Japón y del Observatorio Nacional de Japón (NAOJ), notó la presencia de fuertes emisiones de polvo y emisiones de carbono ionizado individualmente en posiciones sustancialmente compensadas con respecto a los objetivos iniciales. Para su sorpresa, incluso equipos altamente sensibles como el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Subaru de NAOJ no pudieron detectar ninguna emisión UV característica de galaxias luminosas desde estas posiciones. Para comprender estas misteriosas señales, Fudamoto y sus colegas decidieron investigar más el asunto.

Un esquema de los resultados de esta investigación. ALMA reveló una galaxia hasta ahora desconocida, ya que está enterrada profundamente en el polvo (impresión del artista en la parte superior derecha) en una región donde el Telescopio Espacial Hubble no podía ver nada (izquierda). Los investigadores descubrieron por casualidad la nueva galaxia oculta mientras observaban una galaxia joven típica ya conocida (impresión del artista en la esquina inferior derecha) Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope

En su último artículo, publicado en Nature, los astrónomos presentan un análisis exhaustivo, revelando que estas emisiones inesperadas provienen de dos galaxias previamente desconocidas ubicadas cerca de los dos objetivos REBELS originales. Estas galaxias no son visibles en las longitudes de onda de luz ultravioleta u óptica porque están casi completamente oscurecidas por el polvo cósmico. Una de ellas además es, hasta ahora, la galaxia oscurecida por polvo más lejana jamás descubierta.

Lo más sorprendente de este hallazgo fortuito es que las galaxias recién descubiertas, que se formaron hace más de 13 mil millones de años, no son extrañas en absoluto en comparación con otras galaxias distantes conocidas en el mismo periodo. «Estas nuevas galaxias se perdieron no porque sean raras, sino solo porque están completamente oscurecidas por el polvo», explica Fudamoto. Si bien es poco común encontrar estas galaxias polvorientas en los inicios del Universo (menos de mil millones de años después del Bigbang), lo que sugiere que el recuento actual de galaxias se encuentra probablemente incompleto y requerirá de estudios más profundos. “Es posible que nos estemos perdiendo una de cada cinco galaxias del Universo temprano” agrega Fudamoto.

Los investigadores esperan que la capacidad sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y su fuerte sinergia con ALMA conduzcan a avances significativos en este campo en los próximos años. “El estudio de galaxias oscurecidas por el polvo, como las que encontramos esta vez, será uno de los principales objetivos de los estudios de JWST y ALMA en un futuro próximo”, afirma Fudamoto.

Este estudio constituye un paso importante para descubrir cuando comenzaron a formarse las primeras galaxias en el Universo primitivo, lo que a su vez nos ayudará a comprender dónde nos encontramos hoy.

Información Adicional

Estos resultados de investigación se publican como «Galaxias normales oscurecidas por el polvo en la época de la reionización» [Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization] por Yoshinobu Fudamoto et al. en la revista Nature el 22 de septiembre de 2021, enlace artículo.

Artículo científico.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

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.

• Publicado en ALMA el 22 de septiembre del 2021, enlace publicación.