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Mirando a las galaxias primigenias del universo

La Galaxia Más Distante Observada hasta la Fecha proporciona una mirada profunda en el Universo Temprano

Mirando a las galaxias primigenias del universo
Una imagen del Hubble del aglomerado de galaxias Abell 1689, que actúa como una lente para enfocar la luz de galaxias mucho más distantes, incluyendo algunas galaxias muy polvorientas formadoras de estrellas en el universo primitivo (visto como las manchas azules casi puntiagudas en esta imagen ). Crédito de la imagen: NASA-Hubble

De Matt Williams, para Universe Today Agosto 16 de 2017


En su búsqueda de aprender cómo nuestro Universo llegó a ser, los científicos han investigado muy profundamente en el espacio (y por lo tanto, muy atrás en el tiempo). En última instancia, su objetivo es determinar cuándo se formaron las primeras galaxias en nuestro Universo y qué efecto tuvieron en la evolución cósmica. Esfuerzos recientes para localizar estas formaciones más tempranas han explorado distancias de hasta 13 mil millones de años luz de la Tierra, es decir, alrededor de mil millones de años después del Big Bang.

A partir de esto, los científicos ahora son capaces de estudiar cómo las primeras galaxias afectaron la materia alrededor de ellos - en particular, la reionización de los átomos neutrales. Desafortunadamente, la mayoría de las primeras galaxias son muy débiles, lo que dificulta el estudio de sus interiores. Pero gracias a una reciente encuesta realizada por un equipo internacional de astrónomos, se descubrió una galaxia más luminosa y masiva que podría proporcionar una mirada clara a cómo las primeras galaxias condujeron a la reionización.

El estudio que detalla sus hallazgos, titulado "ISM Properties of a Massive Dusty Star-forming Galaxy Descubierto en z ~ 7", fue publicado recientemente en The Astrophysical Journal Letters. Dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn, Alemania, el equipo se basó en los datos del telescopio del Polo Sur (SPT) -SZ y ALMA para detectar una galaxia que existía hace 13.000 millones de años (800 millones de años después el Big Bang).

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Ilustración de la profundidad por la cual el Hubble imaginó galaxias en anteriores iniciativas de Campo Profundo, en unidades de la Era del Universo. Crédito de la imagen: NASA y A. Feild (STScI)

De acuerdo con el modelo de Big Bang de la cosmología, reionización se refiere al proceso que tuvo lugar después del período conocido como la "Edad Oscura". Esto ocurrió entre 380.000 y 150 millones de años después del Big Bang, donde la mayoría de los fotones del Universo estaban interactuando con electrones y protones. Como resultado, la radiación de este período es indetectable por nuestros instrumentos actuales - de ahí el nombre.

Justo antes de este período, se produjo la "Recombinación", donde los átomos de hidrógeno y helio comenzaron a formarse. Inicialmente ionizadas (sin electrones unidos a sus núcleos) estas moléculas capturaron gradualmente iones a medida que el Universo se enfriaba, convirtiéndose en neutro. Durante el período que siguió - es decir, entre 150 millones y 1 billón de años después del Big Bang - la estructura a gran escala del Universo comenzó a formarse.

Intrínseco a esto fue el proceso de reionización, donde las primeras estrellas y cuásares se formaron y su radiación reionizó el Universo circundante. Por lo tanto, está claro por qué los astrónomos quieren investigar esta era del Universo. Observando las primeras estrellas y galaxias, y qué efecto tenían en el cosmos, los astrónomos obtendrán una imagen más clara de cómo este período temprano llevó al Universo tal como lo conocemos hoy en día.

Afortunadamente para el equipo de investigación, las galaxias masivas, que forman las estrellas de este período, se sabe que contienen una gran cantidad de polvo. Estas galaxias emiten una fuerte radiación en longitudes de onda submilimétricas, lo que las hace detectables usando los telescopios avanzados de hoy, como el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Experimento Atacama Pathfinder (APEX) y el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).

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El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA capturó esta impresionante imagen infrarroja del centro de la Galaxia de la Vía Láctea, donde reside el agujero negro Sagitarrius A. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech

Por el bien de su estudio, Strandet y Weiss confiaron en datos del SPT para detectar una serie de galaxias polvorientas del Universo temprano. Como Maria Strandet y Axel Weiss del Instituto Max Planck de Radioastronomía (y el autor principal y coautores del estudio, respectivamente) dijeron a Universe Today a través de correo electrónico:

"Hemos utilizado luz de aproximadamente 1 mm de longitud de onda, que puede ser observado por mm telescopios como SPT, APEX o ALMA. En esta longitud de onda los fotones son producidos por la radiación térmica del polvo. La belleza del uso de esta longitud de onda larga es que para un rango de desplazamiento al rojo grande (tiempo de retroceso), el oscurecimiento de las galaxias (causado) por el aumento de la distancia se compensa con el desplazamiento al rojo - por lo que la intensidad observada es independiente del desplazamiento al rojo. Esto se debe a que, para galaxias de desplazamiento hacia el rojo más altas, se observan longitudes de onda intrínsecamente más cortas (por (1 + z)) donde la radiación es más fuerte para un espectro térmico como el espectro de polvo.


Esto fue seguido por datos de ALMA, que el equipo usó para determinar la distancia de las galaxias mirando la longitud de onda redshifted de moléculas del monóxido de carbono en sus medios interestelares (ISM). De todos los datos que recolectaron, pudieron constreñir las propiedades de una de estas galaxias - SPT0311-58 - observando sus líneas espectrales. Al hacerlo, determinaron que esta galaxia existió sólo 760 millones de años después del Big Bang.

"Dado que la intensidad de la señal a 1mm es independiente del desplazamiento al rojo (mirar hacia atrás el tiempo), no tenemos un indicio a priori si un objeto está relativamente cerca (en el sentido cosmológico) o en la época de reionización", dijeron. "Es por eso que emprendimos una gran encuesta para determinar los desplazamientos al rojo a través de la emisión de líneas moleculares utilizando ALMA. SPT0311-58 resulta ser el objeto de desplazamiento al rojo más alto descubierto en esta encuesta y, de hecho, la galaxia galáctica polvorienta masiva más distante hasta ahora descubierta ".

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El Campo Ultra Profundo Hubble visto en luz ultravioleta, visible e infrarroja. Crédito de la imagen: NASA, ESA, H. Teplitz y M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)

De sus observaciones, también determinaron que SPT0311-58 tiene una masa de alrededor de 330 mil millones de masas solares, lo que equivale aproximadamente a 66 veces la de la galaxia de la Vía Láctea (que tiene alrededor de 5 mil millones de masas solares). También estimaron que está formando nuevas estrellas a una tasa de varios miles por año, lo que asumen es estándar para las galaxias vecinas que también están fechadas a este período.

Este objeto raro y distante es uno de los mejores candidatos todavía para estudiar cómo era el Universo temprano y cómo ha evolucionado desde entonces. Esto a su vez permitirá a los astrónomos y cosmólogos probar la base teórica de la teoría del Big Bang. Como Strandet y Weiss dijeron al Universo Hoy acerca de su descubrimiento:

"Estos objetos son importantes para entender la evolución de las galaxias en su conjunto ya que las grandes cantidades de polvo que ya están presentes en esta fuente, sólo 760 millones de años después del Big Bang, significa que es un objeto extremadamente masivo. El mero hecho de que tales galaxias masivas ya existían cuando el Universo era todavía tan joven pone fuertes restricciones en nuestra comprensión de la acumulación de masa de galaxias. Además, el polvo necesita formarse en un tiempo muy corto, lo que da una idea adicional sobre la producción de polvo de la primera población estelar ".


La capacidad de mirar más profundamente en el espacio, y más atrás en el tiempo, ha llevado a muchos sorprendentes descubrimientos de los últimos tiempos. Y éstos a su vez han desafiado algunas de nuestras suposiciones acerca de lo que sucedió en el Universo, y cuándo. Y al final, están ayudando a los científicos a crear un relato más detallado y completo de la evolución cósmica. Algún día pronto, podríamos incluso ser capaces de sondear los primeros momentos en el Universo, y ver la creación en acción!


Lectura adicional: CfA, The Astrophysical Journal Letters

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3 comentarios - Mirando a las galaxias primigenias del universo

agustich
Impresionante el uiverso
XXX_Files +2
Es tan tan tan grande el Universo, que nos vamos a extinguir aún estudiandolo. Somos tan solo unos segundos en la vida del Universo.