Galaxias "invisibles" encontradas en el universo joven

Los astrónomos han descubierto galaxias que han escapado a la detección hasta ahora, descubriendo un eslabón perdido en la evolución de las galaxias. El hallazgo sugiere que no entendemos la formación de galaxias tan bien como pensamos.

En observaciones profundas que profundizan en las primeras épocas del universo, los astrónomos han excavado a los antepasados ​​de las galaxias masivas modernas. Estas galaxias polvorientas están repletas de estrellas, pero son invisibles en las longitudes de onda que los astrónomos suelen sondear.

ALMA identificó 39 galaxias débiles que no se ven con el Telescopio Espacial Hubble, la vista más profunda del Universo a 10 mil millones de años luz de distancia. Esta imagen de ejemplo muestra una comparación entre las observaciones de Hubble y ALMA. Los cuadrados numerados del 1 al 4 son las ubicaciones de galaxias débiles que no se ven en la imagen del Hubble.
Universidad de Tokio / CEA / NAOJ

Los astrónomos han pasado años observando una pequeña ventana de cielo con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, entre otras instalaciones. La encuesta, denominada Encuesta del legado extragaláctico profundo del infrarrojo cercano de la Asamblea Cósmica (CANDELS), muestrea cientos de miles de galaxias al amanecer cósmico cuando las galaxias aparecieron por primera vez hasta el mediodía cósmico, cuando la mayoría de las estrellas que vemos hoy se formaron. Ahora, un nuevo estudio publicado en Nature el 7 de agosto revela una docena de galaxias que emiten radiación de longitud de onda submilimétrica. Representan un eslabón perdido en la evolución de la galaxia.

Tao Wang (Universidad de Tokio, Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica, y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón) y sus colegas se centraron en 63 galaxias infrarrojas brillantes detectadas en el campo CANDELS. Aunque el telescopio espacial Spitzer había detectado radiación infrarroja de estas fuentes, desaparecen cuando se ven a través de bandas de ondas casi visibles. (Específicamente, las galaxias se oscurecen comenzando con el filtro de banda H, que está centrado en 1, 650 nanómetros). Wang y su equipo observaron cada galaxia utilizando la matriz Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile. Hicieron cuentas en 39 de ellos, detectando esas galaxias a longitudes de onda submilimétricas.

Las observaciones de ALMA muestran que estas galaxias ópticamente invisibles están repletas de nuevas estrellas, formando aproximadamente 200 veces la velocidad de la Vía Láctea. Pero estas estrellas recién nacidas están tan envueltas en polvo que son invisibles, excepto en longitudes de onda muy largas.

Eso deja una pregunta, reflexiona Allison Kirkpatrick (Universidad de Kansas), una experta en evolución de galaxias que no participó en el estudio: ¿De dónde vino todo este polvo?

El polvo es la cosa

El Observatorio Espacial Herschel y el Telescopio Espacial Hubble tomaron imágenes de Supernova 1987A en longitudes de onda más largas (izquierda) y más cortas (derecha), respectivamente. La imagen de Herschel revela luz infrarroja y submilimétrica, que muestra el polvo que se formó entre los restos de la supernova.
ESA / NASA-JPL / UCL / STScI

Las galaxias recién descubiertas residen en el universo entre 1 billón y 3 billones de años después del Big Bang, un tiempo entre el "amanecer" y el "mediodía" (un elevenses cósmico, por así decirlo ). Durante este tiempo, la formación de estrellas se estaba incrementando a través del cosmos, y el nacimiento de estrellas también significa muerte de estrellas. El polvo se forma a raíz de las explosiones de supernovas, pero, señala Kirkpatrick, los astrónomos no creían que hubiera habido suficientes supernovas para producir tanto polvo tan pronto.

Como los astrónomos no esperaban polvo, no esperaban galaxias "invisibles". Las estrellas recién nacidas son más brillantes en las longitudes de onda ultravioleta, pero el universo en expansión estirará las longitudes de onda de los fotones de las galaxias más distantes. Una galaxia podría aparecer brillante a longitudes de onda ópticas o incluso de infrarrojo cercano si está lo suficientemente lejos. De todos modos, si no hay polvo, entonces deberíamos poder ver galaxias cercanas y lejanas utilizando solo longitudes de onda ultravioleta, óptica e infrarroja cercana.

Las observaciones a longitudes de onda submilimétricas habían convertido las galaxias antes de ahora, pero estas habían sido las fábricas estelares extremas que producían miles de estrellas por año. Esas galaxias, aunque fascinantes, son raras. Sin embargo, las galaxias oscuras y envueltas que vio el equipo de Wang son lo suficientemente comunes como para representar a los antepasados ​​de las galaxias masivas y elípticas que vemos en el universo actual.

Sin embargo, resultados como este sugieren que el universo joven tiene más polvo de lo que pensábamos. "Esto significa que no entendemos la formación de estrellas en el universo primitivo", dice Kirkpatrick. "La teoría, a partir de este documento, se basa en observaciones obsoletas".

Nuestra comprensión de la formación de galaxias, al parecer, está pendiente de una revisión importante.