Observan galaxia empezando a girar en el Universo primitivo

Un equipo internacional de investigación encabezado por Tsuyoshi Tokuoka, estudiante de posgrado de la Universidad Waseda (Japón), detectó indicios de rotación en una galaxia que existió en el Universo primitivo, tan solo 500 millones de años después del Big Bang. Se trata, por lejos, de la galaxia más joven con indicios de movimiento giratorio que se haya observado hasta la fecha. El hecho de que tenga una velocidad de rotación de solo 50 kilómetros por segundo, comparados con los 220 kilómetros por segundo de la Vía Láctea, demuestra que la galaxia está recién empezando a desarrollar su movimiento giratorio. Este hallazgo podría ayudar a entender mejor la formación de galaxias en el Universo primitivo.

Imagen conceptual de MACS1149-JD1 formándose y adquiriendo velocidad de rotación en el Universo primitivo. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Gracias a los nuevos telescopios más avanzados y poderosos, la comunidad científica ha podido observar galaxias cada vez más distantes. Debido a la expansión del Universo, estas galaxias se están alejando de nosotros, y esto hace que sus emisiones se desplacen al rojo (es decir, hacia longitudes de onda más largas). Lo interesante es que, de esa forma, se puede calcular la velocidad de desplazamiento de las galaxias y, por consiguiente, la fecha de su formación en función de cuán desplazado al rojo estén sus emisiones. ALMA es una herramienta particularmente bien equipada para observar los desplazamientos al rojo de las emisiones de las galaxias.

Un equipo internacional de investigación usó ALMA para observar las emisiones desplazadas al rojo de la distante galaxia MACS1149-JD1, también conocida simplemente como JD1, y sacó interesantes conclusiones. “Además de encontrar galaxias de alto desplazamiento al rojo, es decir, muy distantes, hemos podido estudiar el desplazamiento interno del gas y de las estrellas que estas contienen, y esto nos ayuda a entender mejor el proceso de formación de las galaxias en las primeras etapas del Universo”, explica Richard S. Ellis, profesor de University College London.

Las galaxias empiezan a formarse mediante la acumulación de gas, que usan para producir estrellas. Con el tiempo, la región de formación estelar se desplaza desde el centro hacia fuera, surge un disco galáctico y la galaxia adquiere una forma determinada. A medida que se van formando más estrellas, las recién nacidas surgen en el disco giratorio mientras que las más antiguas se quedan en la zona central. Así, se puede determinar la etapa evolutiva de la galaxia estudiando la edad de los objetos estelares y el movimiento de su gas y sus estrellas.

El equipo logró calcular pequeñas diferencias en el desplazamiento al rojo entre distintas regiones de la galaxia y demostró que JD1 cumple con los criterios para ser una galaxia giratoria. Su velocidad de rotación resultó ser de unos 50 kilómetros por segundo, lo que se compara con los 220 kilómetros por segundo de la Vía Láctea. El equipo también determinó que JD1 tiene apenas 3,000 años luz de diámetro, mucho menos que los 100.000 años luz de la Vía Láctea. 

La galaxia observada por el equipo es la fuente más distante detectada a la fecha con un disco giratorio. Junto con mediciones similares de sistemas más cercanos disponibles en la literatura científica, estas observaciones permitieron al equipo determinar el desarrollo de galaxias giratorias a lo largo de más del 95 % de nuestra historia cósmica. 

Por otro lado, la masa calculada a partir de la velocidad de rotación coincide con la masa estelar calculada anteriormente a partir de la huella espectral, proveniente principalmente de estrellas “maduras” formadas hace unos 300 millones de años. “Esto demuestra que la población estelar de JD1 se formó durante una época aún más temprana de la historia cósmica”, señala Takuya Hashimoto, profesor asistente de la Universidad de Tsukuba.

“La velocidad de rotación de JD1 es muy inferior a la de otras galaxias de épocas posteriores y a la de la Vía Láctea, y JD1 probablemente se encuentra en una etapa incipiente de desarrollo de su movimiento giratorio”, afirma Akio Inoue, profesor de la Universidad Waseda. Con el telescopio espacial James Webb, lanzado recientemente, el equipo ahora espera identificar la ubicación de estrellas jóvenes y maduras en la galaxia para conocer aún mejor su proceso de formación.

Información adicional

Los resultados de este estudio se publicaron en el artículo de T. Tokuoka et al. titulado “Possible Systematic Rotation in the Mature Stellar Population of a z = 9.1 Galaxy" (‘Posible rotación sistemática en población estelar madura en una galaxia de z = 9.1’) en The Astrophysical Journal Letters (DOI: 10.3847/2041-8213/ac7447).

La investigación se financió con fondos de la Beca de Investigación Científica de ALMA NAOJ n.o 2020-16B.

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).

El Fotógrafo embajador de ESO Babak Tafreshi, captó esta impresionante imagen de las antenas del conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), con el esplendor de la Vía Láctea como fondo. La riqueza del cielo en esta imagen atestigua las insuperables condiciones para la astronomía que ofrece el llano de Chajnantor, un área de la región chilena de Atacama ubicada a 5.000 metros de altitud. En esta imagen podemos ver las constelaciones de Carina (La Quilla) y Vela (La Vela). La nubes de polvo de la Vía Láctea, oscuras y tenues, cruzan la imagen desde la parte superior izquierda hacia la parte inferior derecha. La brillante estrella naranja, arriba a la izquierda, es Suhail, en Vela, mientras que la estrella, también anaranjada, que hay en la parte superior (hacia el centro) es Avior, en Carina. De las tres estrellas brillantes azules que forman la “L” cerca de estas estrellas, las dos de la izquierda pertenecen a Vela, y la de la derecha a Carina. Y exactamente en el centro de la imagen, bajo estas estrellas, resplandece con incandescencia rosada la Nebulosa de Carina (eso1208). ESO, el socio europeo de ALMA, proporciona 25 de las 66 antenas que formarán el telescopio completo. Las dos antenas más cercanas a la cámara, en las cuales el observador puede ver las inscripciones “DA-43” y “DA-41”, son dos de estas antenas europeas. La construcción de todo el conjunto de ALMA se completará en el año 2013, pero el telescopio ya está llevando a cabo observaciones científicas con una parte del conjunto de antenas. Babak Tafreshi es fundador de The World At Night (El mundo de noche), un programa  para crear y exhibir una colección de imágenes y vídeos de time-lapse impactantes de los lugares más hermosos e históricos del mundo durante la noche, con estrellas, planetas y objetos celestes como fondo. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA. Crédito: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

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 1 de julio del 2022, enlace publicación.