Rareza espacial: descubren la más distante galaxia con disco giratorio

Un equipo científico ha descubierto la galaxia similar a la Vía Láctea más distante observada hasta ahora. Apodada REBELS-25, esta galaxia de disco parece tan ordenada como las galaxias actuales, pero la vemos tal como era cuando el Universo tenía solo 700 millones de años. Esto resulta sorprendente ya que, de acuerdo con nuestra comprensión actual de la formación de galaxias, se espera que estas galaxias tempranas parezcan más caóticas. La rotación y la estructura de REBELS-25 se revelaron utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

La galaxia REBELS-25 Esta imagen muestra la galaxia REBELS-25 vista por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), superpuesta a una imagen infrarroja de otras estrellas y galaxias. La imagen infrarroja fue tomada por el Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) de ESO. En un estudio reciente, los investigadores encontraron evidencia de que REBELS-25 es una galaxia de disco que rota fuertemente y que existió solo 700 millones de años después del Big Bang. Esto la convierte en la galaxia similar a la Vía Láctea más distante y más antigua conocida hasta la fecha. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al./ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET

Las galaxias que vemos hoy en día han recorrido un largo camino desde esos orígenes caóticos y grumosos que la comunidad astronómica suele observar cuando estudia el Universo temprano. "De acuerdo con nuestra comprensión sobre cómo se forman las galaxias, esperamos que la mayoría de las galaxias tempranas sean pequeñas y parezcan choques de trenes", afirma Jacqueline Hodge, astrónoma de la Universidad de Leiden (Países Bajos) y coautora del estudio.

Movimiento del gas frío en REBELS-25 visto por ALMA Esta imagen muestra el movimiento del gas frío en la galaxia REBELS-25, tal como se observa con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). El color azul indica el movimiento hacia la Tierra, el rojo indica el movimiento que se aleja de la Tierra y un tono más oscuro representa un movimiento más rápido. En este caso, la división entre rojo y azul de la imagen muestra claramente que el objeto está rotando, lo que convierte a REBELS-25 en la galaxia de disco rotatorio más distante jamás descubierta. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al.

Estas galaxias tempranas y desordenadas se fusionan entre sí y luego evolucionan hacia formas más suaves a un ritmo increíblemente lento. Las teorías actuales sugieren que, para que una galaxia sea tan ordenada como nuestra propia Vía Láctea (un disco giratorio con estructuras tan definidas como son los brazos espirales), deben haber transcurrido miles de millones de años de evolución. La detección de REBELS-25, sin embargo, desafía esa escala de tiempo.

Imagen de ALMA del gas frío en REBELS-25 Esta imagen de la galaxia REBELS-25 fue tomada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación internacional copropiedad de ESO. Muestra cómo se distribuye el gas frío en la galaxia y presenta indicios de una estructura de barra alargada en su centro. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al.

En el estudio, aceptado para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el equipo descubrió que REBELS-25 es la galaxia más distante jamás descubierta con un disco en intensa rotación. La luz que nos llega desde esta galaxia se emitió cuando el Universo tenía solo 700 millones de años, apenas el cinco por ciento de su edad actual (13.800 millones), lo que hace que la rotación ordenada de REBELS-25 sea algo inesperado. "Ver una galaxia con tales similitudes con nuestra propia Vía Láctea, que está fuertemente dominada por la rotación, desafía nuestra comprensión sobre la rapidez con la que evolucionan las galaxias del Universo temprano hasta convertirse en las galaxias ordenadas que vemos en el Cosmos actual", declara Lucie Rowland, estudiante de doctorado en la Universidad de Leiden y primera autora del estudio.

Imagen de ALMA y movimiento del gas frío en REBELS-25 (lado a lado) Esta imagen de la galaxia REBELS-25 fue tomada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación internacional copropiedad de ESO. El panel izquierdo muestra cómo se distribuye el gas frío en la galaxia y muestra indicios de una estructura de barra alargada en su centro. El panel derecho muestra el movimiento del gas frío en la galaxia. El color azul indica movimiento hacia la Tierra y el rojo indica movimiento alejándose de la Tierra, con un tono más oscuro representando un movimiento más rápido. En este caso, la división rojo-azul de la imagen muestra claramente que el objeto está rotando, lo que convierte a REBELS-25 en la galaxia de disco rotatorio más distante jamás descubierta. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al.

REBELS-25 fue detectado inicialmente en observaciones previas del mismo equipo, también realizadas con ALMA (que se encuentra en el desierto de Atacama, en Chile). En ese momento, fue un descubrimiento emocionante que mostraba indicios de rotación, pero la resolución de los datos no era lo suficientemente fina como para estar seguros. Para discernir adecuadamente la estructura y el movimiento de la galaxia, el equipo realizó observaciones de seguimiento con ALMA a una resolución más alta, lo que confirmó su naturaleza de récord. "ALMA es el único telescopio existente que cuenta con la sensibilidad y resolución necesarias para lograr esto", dice Renske Smit, investigadora de la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido) y también coautora del estudio.

Sorprendentemente, los datos también ofrecieron indicios de características más desarrolladas, similares a las de la Vía Láctea, como una barra central alargada e incluso brazos espirales, aunque se necesitarán más observaciones para confirmarlo. "Encontrar más evidencia de estructuras más evolucionadas sería un descubrimiento emocionante, ya que sería la galaxia más distante con tales estructuras observadas hasta la fecha", aclara Rowland.

Imagen infrarroja de estrellas y galaxias cercanas a la galaxia REBELS-25. Esta imagen muestra un campo de estrellas y galaxias tomadas con la cámara de infrarrojo cercano de VISTA. Entre ellas se encuentra REBELS-25, la galaxia de disco rotatorio más distante jamás descubierta. VISTA, el telescopio de sondeo visible e infrarrojo para astronomía de ESO, está situado en el desierto de Atacama, en Chile. Crédito: ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET

Estas futuras observaciones de REBELS-25, junto con otros descubrimientos de galaxias tempranas en rotación, tendrán el potencial de transformar nuestra comprensión tanto de la formación temprana de galaxias como de la evolución del Universo en su conjunto.

Información adicional

Esta investigación se presenta en un artículo científico titulado " REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z=7.31", que aparece en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Las observaciones se llevaron a cabo como parte de los Grandes Programas de ALMA llamado REBELS: Reionization Era Bright Emission Lines Survey (Sondeo sobre líneas de emisión brillantes de la era de la reionización).

El equipo está compuesto por L. E. Rowland (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]); J. Hodge (Leiden); R. Bouwens (Leiden); P. M. Piña (Leiden); A. Hygate (Leiden); H. Algera (Centro de Ciencias Astrofísicas, Universidad de Hiroshima, Japón [HASC]; Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón); M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile); R. Bowler (Centro de Astrofísica Jodrell Bank, Universidad de Manchester, Reino Unido); E. da Cunha (Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía, Universidad de Australia Occidental, Australia; Centro de Excelencia ARC para toda la astrofísica del cielo en 3 dimensiones); P. Dayal (Instituto Astronómico Kapteyn, Universidad de Groningen, Países Bajos); A. Ferrara (Escuela Normal Superior, Italia [SNS]); T. Herard-Demanche (Leiden); H. Inami (HASC); I. van Leeuwen (Leiden); I. de Looze (Observatorio Sterrenkundig, Universidad de Gante, Bélgica); P. Oesch (Departamento de Astronomía, Universidad de Ginebra, Suiza; Cosmic Dawn Center, Dinamarca); A. Pallottini (SNS); S. Phillips (Instituto de Investigación en Astrofísica, Universidad John Moores de Liverpool, Reino Unido [LJMU]); M. Rybak (Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos; Leiden; Instituto Neerlandés de Investigaciones Espaciales, Países Bajos); S. Schouws (Leiden); R. Smit (LJMU); L. Sommovigo (Centro de Astrofísica Computacional, Instituto Flatiron, EE.UU.); M. Stefanon (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Valencia, España; Grupo de Astrofísica Extragaláctica y Cosmología, Universidad de Valencia, España); P. van der Werf (Leiden).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO), socio de ALMA en nombre de Europa.

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 y Tecnología de Taiwán (NSTC), 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 7 de octubre del 2024, enlace publicación.