Cómo crecen las galaxias jóvenes: cielo y telescopio

Un par de estudios recientes arrojan luz sobre cómo el gas frío entra (y sale) de las galaxias jóvenes a medida que crecen.

Los astrónomos que miran hacia atrás en el tiempo ven galaxias que son versiones en miniatura de las que vemos en el universo moderno. Pero no se deje engañar por su tamaño: estas galaxias jóvenes y compactas son petardos, repletas de nuevas estrellas y albergan agujeros negros supermasivos. Dos grupos independientes de astrónomos examinan las galaxias que existían cuando el universo tenía solo mil millones de años para descubrir cómo crecen esas galaxias jóvenes.

Cuásares de linterna

Un equipo de astrónomos, dirigido por Emanuele Paolo Farina (Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania), se centró en los cuásares entre 830 millones y 1000 millones de años después del Big Bang.

El gas que alimenta el agujero negro central de una galaxia se ilumina a medida que cae, actuando como una linterna que ilumina la despensa de gas de hidrógeno neutro del cuásar. Este gas es casi invisible, pero cuando es irradiado por la luz ultravioleta del cuásar, brilla en una longitud de onda particular conocida como Lyman-alfa (121,6 nanómetros).

Halo de hidrógeno alrededor de una galaxia joven
Esta imagen muestra uno de los halos de gas de hidrógeno (azul) observado con el instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO superpuesto a una imagen más antigua de una fusión de galaxias obtenida con ALMA (naranja).
ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Decarli et al.

Usando el Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, Farina y sus colegas buscaron Manchas Lyman-alfa (sí, ese es un término técnico) alrededor de 31 cuásares, publicando sus resultados en un próximo Diario astrofísico (preimpresión disponible aquí). Casi la mitad de estos cuásares habían encendido una despensa Lyman-alfa que es más que suficiente para mantener el crecimiento de la galaxia.

“Ahora podemos demostrar por primera vez que las galaxias primordiales tienen suficiente comida en sus entornos para sustentar tanto el crecimiento de agujeros negros supermasivos como la vigorosa formación estelar”, explica Farina.

Los hallazgos coinciden con la idea de que estas galaxias jóvenes crecieron con una dieta constante de nubes de gas de hidrógeno neutro y difuso. Esto se espera de las simulaciones cosmológicas, dice Andrew Benson (Carnegie Institution of Science).

capullos de carbono

Otro equipo de astrónomos, este dirigido por Seiji Fujimoto (Universidad de Tokio, Universidad de Waseda y Observatorio Astronómico Nacional de Japón), examinó las galaxias jóvenes desde otro ángulo. Excluyendo aquellos con agujeros negros que devoran gas, el equipo se centró en cambio en las fábricas galácticas de formación estelar.

Usando observaciones tomadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile, el equipo descubrió que nubes de gas ricas en carbono ionizado rodeaban las 18 galaxias de su muestra. Estas nubes se extienden hasta 30.000 años luz, mucho más allá de las estrellas en las propias galaxias. Los resultados aparecen en el 20 de diciembre Diario astrofísico (preimpresión disponible aquí).

Galaxia joven rodeada de nube de carbono
Izquierda: Los datos de ALMA y Hubble muestran una galaxia joven rodeada por un capullo de carbono gaseoso. El área blanca central representa la luz de las estrellas capturada por el Hubble. La distribución de gas de carbono, en rojo, se basa en datos de ALMA para las 18 galaxias. Derecha: La impresión de un artista muestra una visión más detallada de cómo se vería la joven galaxia si no estuviera tan lejos.
Izquierda: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope/Fujimoto et al.; Derecha: NAOJ

A diferencia de las manchas de Lyman-alfa, que representan el gas de hidrógeno que eventualmente fluirá hacia las galaxias en crecimiento, los capullos ricos en carbono alrededor de estas galaxias en formación de estrellas están siendo expulsados, tal vez por los vientos estelares o por las explosiones de supernovas. Sea lo que sea que esté empujando, es vital para esparcirse por los elementos más pesados ​​que se formaron dentro de las estrellas.

«Estamos siendo testigos de este proceso de difusión en curso, la contaminación ambiental más temprana del universo», dice el coautor Rob Ivison (Observatorio Europeo Austral y Universidad de Edimburgo, Reino Unido).

Si bien se esperan manchas de Lyman-alfa a partir de simulaciones cosmológicas, que predicen que las nubes de gas que caen ayudan a crecer a las galaxias jóvenes, los grandes halos ricos en carbono son una sorpresa. Los resultados sugieren que a las simulaciones podrían faltar algunos de los detalles asociados con los flujos de salida impulsados ​​por estrellas.

La gran distancia que nos separa de las galaxias más jóvenes del universo hace que la compleja interacción entre el gas que entra y sale sea difícil de entender. MUSE y ALMA se encuentran entre los instrumentos que nos ayudarán a desentrañar sus historias.

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