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Enciclopedia Universo

Los astrónomos descubren docenas de galaxias antiguas y masivas previamente desconocidas

Los astrónomos descubren docenas de galaxias antiguas y masivas previamente desconocidas

Durante décadas, los astrónomos han estado tratando de ver lo más lejos posible en el Universo profundo. Al observar el cosmos como era poco después del Big Bang, los astrofísicos y cosmólogos esperan aprender todo lo que puedan sobre la formación temprana del Universo y su posterior evolución. Gracias a instrumentos como el telescopio espacial Hubble, los astrónomos han podido ver partes del Universo que antes eran inaccesibles.

Pero incluso el venerable Hubble es incapaz de ver todo lo que estaba ocurriendo durante el Universo temprano. Sin embargo, utilizando el poder combinado de algunos de los observatorios astronómicos más nuevos de todo el mundo, un equipo de astrónomos internacionales dirigido por el Instituto de Astronomía de la Universidad de Tokio observó 39 galaxias antiguas previamente no descubiertas, un hallazgo que podría tener importantes implicaciones para la astronomía y la cosmología.

El equipo detrás del descubrimiento incluyó miembros del Instituto de Astronomía de la Universidad de Tokio, el Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS), la Universidad Normal de Anhui en China, la Universidad de Ludwig-Maximilians en Munich, los Observatorios Astronómicos Nacionales de China y el Academia Sinica Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA) en Taiwán. Su investigación apareció en la edición del 7 de agosto de Naturaleza.

Impresión artística de las galaxias detectadas por ALMA tal como aparecen en el universo muy temprano y muy lejano. Crédito: NRAO / AUI / NSF; S. Dagnello

Descubriendo lo "invisible"

En pocas palabras, las primeras galaxias posibles en el Universo han permanecido invisibles hasta ahora porque su luz es muy tenue y se produce en largas longitudes de onda que el Hubble no puede detectar. Por lo tanto, el equipo recurrió al Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), cuyos telescopios están optimizados para ver este tipo de luz.

El descubrimiento que resultó no solo no tenía precedentes, sino que el descubrimiento de tantas galaxias de este tipo desafía los modelos cosmológicos actuales. Como explicó Tao Wang, investigador de AISAA y coautor del estudio:

“Esta es la primera vez que se confirma una población tan grande de galaxias masivas durante los primeros 2 mil millones de años de la vida del universo de 13.7 mil millones de años. Estos eran previamente invisibles para nosotros. Este hallazgo contraviene los modelos actuales para ese período de evolución cósmica y ayudará a agregar algunos detalles, que han estado faltando hasta ahora ".

Estas galaxias, aunque eran las más grandes que existían en ese momento, aún eran muy difíciles de detectar. Gran parte de la razón tiene que ver con la medida en que su luz se ha extendido por la expansión del Universo. En la astronomía cotidiana, este fenómeno se conoce como desplazamiento al rojo, donde la expansión del espacio (la constante de Hubble) hace que la longitud de onda de la luz se alargue, desplazándola hacia el extremo rojo del espectro.

Esto permite a los astrónomos no solo decir cuán distante es un objeto, sino también cómo se veía ese objeto en el pasado. Pero cuando se mira a la época más temprana del Universo (hace más de 13 mil millones de años), la inmensa distancia extiende la longitud de onda de la luz visible hasta el punto donde ya no está en el dominio de la luz visible y se vuelve infrarroja.

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

Otra razón por la que estas galaxias son difíciles de detectar es que las galaxias más grandes tienden a estar cubiertas de polvo, especialmente cuando todavía están en las primeras partes de su formación. Esto tiende a oscurecerlos más que sus contrapartes galácticas más pequeñas. Por estas razones, había cierta sospecha de que estas galaxias no eran tan viejas como sugirió el equipo. Como indicó Wang:

“Fue difícil convencer a nuestros pares de que estas galaxias eran tan viejas como sospechábamos que eran. Nuestras sospechas iniciales sobre su existencia provienen de los datos infrarrojos del telescopio espacial Spitzer. Pero ALMA tiene ojos agudos y detalles revelados en longitudes de onda submilimétricas, la mejor longitud de onda para mirar a través del polvo presente en el universo primitivo. Aun así, se necesitaron más datos del Telescopio Muy Grande imaginativamente llamado en Chile para demostrar realmente que estábamos viendo galaxias masivas antiguas donde no se había visto ninguna antes ".

¿Qué significa esto para la astronomía?

Dado que el descubrimiento de estas galaxias desafía nuestros modelos cosmológicos actuales, los hallazgos del equipo naturalmente tienen algunas implicaciones significativas para los astrónomos. Como explicó Kotaro Kohno, profesor del Instituto de Astronomía y coautor del estudio:

“Cuanto más masiva es una galaxia, más masivo es el agujero negro supermasivo en su corazón. Así que el estudio de estas galaxias y su evolución también nos dirá más sobre la evolución de los agujeros negros supermasivos ”, agregó Kohno. “Las galaxias masivas también están íntimamente conectadas con la distribución de materia oscura invisible. Esto juega un papel en la configuración de la estructura y distribución de las galaxias. Los investigadores teóricos necesitarán actualizar sus teorías ahora ".

Las galaxias antiguas del estudio son visibles para ALMA (derecha) pero no para Hubble (izquierda). Crédito: Wang (et al.) 2019

Otro hallazgo interesante fue la forma en que estas 39 galaxias antiguas difieren de las nuestras. Para empezar, estas galaxias tenían una mayor densidad de estrellas que la Vía Láctea en la actualidad; lo que significa que si nuestra galaxia fuera similar, los observadores de estrellas verían algo muy diferente cuando miraran el cielo nocturno.

“Por un lado, el cielo nocturno parecería mucho más majestuoso. La mayor densidad de estrellas significa que habría muchas más estrellas cercanas al parecer más grandes y brillantes ", dijo Wang. "Pero a la inversa, la gran cantidad de polvo significa que las estrellas más lejanas serían mucho menos visibles, por lo que el fondo de estas brillantes estrellas cercanas podría ser un gran vacío oscuro".

Dado que esta es la primera vez que se descubre una población galáctica de este tipo, los astrónomos están ansiosos por saber qué más podrían encontrar. Tal como está, incluso ALMA no es lo suficientemente sofisticado como para investigar las composiciones químicas y las poblaciones estelares de estas galaxias. Sin embargo, los observatorios de próxima generación tendrán la resolución para que los astrónomos realicen estos estudios.

Estos incluyen el telescopio espacial James Webb, que actualmente está programado para su lanzamiento en 2021. También es probable que los observatorios terrestres como el telescopio extremadamente grande (ELT) de ESO, el telescopio de treinta metros (TMT) y el telescopio gigante de Magallanes (GMT) juega un papel vital.

Es un momento emocionante para los astrónomos y cosmólogos. ¡Muy lentamente, están retirando otra capa del Universo para ver qué secretos acechan debajo!

Lecturas adicionales: Universidad de Tokio

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