Astrónomos descubrieron un enjambre de galaxias que orbitan una galaxia hiperluminosa


Utilizando el Very Large Telescope y el radiotelescopio ALMA en Chile, un equipo de astrónomos, incluidos investigadores del Instituto Niels Bohr, ha descubierto un enjambre de galaxias que orbitan los alrededores de una galaxia hiperluminosa y vigorosamente formadora de estrellas en el universo primitivo. La observación proporciona pistas importantes sobre cómo crecen las galaxias excepcionalmente brillantes y cómo evolucionan hasta convertirse en cuásares energéticos, que emiten luz a través de la mayor parte del universo observable.

La galaxia masiva e hiperluminosa W0410-0913 y sus alrededores, vista 12 mil millones de años atrás en el tiempo. El zoom de W0410-0913 muestra un mapa de la velocidad del gas en la galaxia, más específicamente del gas monóxido de carbono: los colores azules significan que el gas se acerca a nosotros, mientras que el rojo significa que se aleja de nosotros. En otras palabras, la galaxia está girando. Crédito: M. Ginolfi y G. Jones / VLT / ESO

Un tema fundamental en astronomía es la cuestión de cómo se forman, crecen y evolucionan las galaxias.

Como parte de su evolución, la mayoría de las galaxias parecen albergar un agujero negro supermasivo en su centro. Estos monstruos gravitatorios ocasionalmente tragan gas y estrellas cercanas, arrojando el exceso de energía en forma de poderosos chorros, un fenómeno conocido como cuásar.

De galaxia a cuásar

Aún se desconocen muchos detalles sobre la transición de galaxias «normales» a cuásares. Pero en un nuevo estudio publicado en Nature Communications, un equipo de astrónomos dirigido por Michele Ginolfi en ESO, Garching, puede haber estado un paso más cerca de comprender esta evolución.

El instrumento MUSE. Crédito: ESO/Eric Le Roux

«Antes de convertirse en un cuásar en toda regla, se cree que algunas galaxias pasan por una fase de estar muy polvorientas y muy ‘activas’ en términos de formación de estrellas y acumulación de gas en sus agujeros negros supermasivos centrales», explica Ginolfi. «Nos propusimos diseñar un experimento para aprender más sobre esta fase de transición».

Ginolfi y sus colaboradores se centraron en una galaxia ya conocida, W0410-0913, una de las galaxias más brillantes, masivas y ricas en gas del universo distante, vista hace 12 mil millones de años.

El polvo es calentado por la energía de la luz de las estrellas y el agujero negro central, haciéndolo brillar y divulgando la galaxia a través de su luz infrarroja. Esto ha llevado a que este tipo de galaxias se denominen galaxias oscurecidas por polvo caliente (también conocidas coloquialmente como «perros calientes»).

Galaxias en 3D

Debido a que la evolución de las galaxias está intrínsecamente conectada con su entorno, Ginolfi y su equipo, cuyo núcleo de manera algo atípica consistía principalmente en investigadores de carrera temprana, decidieron observar W0410-0913 con el instrumento «MUSE» en el Very Large Telescope (VLT) en Chile. . Esta herramienta avanzada les permitió estudiar una región 40 veces más ancha que la propia galaxia.

Peter Laursen del Cosmic Dawn Center en Copenhague participó en el estudio. Él explica: «Las observaciones revelaron que W0410-0913 está rodeado por un enjambre de no menos de 24 galaxias más pequeñas. Lo bueno del instrumento MUSE es que podemos medir no solo su posición en el cielo, sino también su distancia a lo largo de nuestro línea de visión. En otras palabras, podemos medir sus posiciones en 3D».

Aunque esto implica que W0410-0913 reside en una región al menos diez veces más densa que el universo promedio, esto no es del todo inesperado, ya que se cree que los perros calientes viven en entornos densos.

Un accidente de coche galáctico

Además, aunque W0410-0913 se ve en un momento en que el universo tenía 1/8 de su edad actual, ya es diez veces más masivo que nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Hacer crecer una galaxia tan grande en tan poco tiempo y alimentar un agujero negro supermasivo requiere un suministro sustancial de material fresco. Todo esto encaja bien con la imagen convencional de que las galaxias masivas crecen acumulando gas y galaxias satélite, atraídas desde el espacio intergaláctico por su inmensa gravedad.

De hecho, en un entorno tan denso, se espera que la tasa de interacción y fusión de galaxias sea muy alta. Expuestos a tal bombardeo, los astrónomos anticiparon que W0410-0913 sería un accidente automovilístico de grupos de gas y estrellas que giraban caóticamente.

Sin embargo, al profundizar en observaciones antiguas obtenidas por las antenas de radio de ALMA ubicadas a solo 300 km al noreste del VLT, Ginolfi y sus colegas pudieron medir el movimiento interno del gas dentro de W0410-0913.

Galaxias en 3D: Una vista estereográfica tridimensional de la imagen que se muestra al principio de este artículo: Si cruzas los ojos y te enfocas en la esfera azul, que ilustra la galaxia W0410-0913, deberías poder hacerte una idea de la Posición 3D de todas las otras galaxias (puede tomar un tiempo ajustar). Los cuadrados en el plano posterior tienen 200.000 años luz en cada lado. La distancia a lo largo de la línea de visión se estimó utilizando la línea espectral Lyman alfa del hidrógeno, pero es incierta debido al efecto indeterminado en el movimiento de las galaxias satélite por W0410-0913. Crédito: Peter Laursen

Y aquí surgió una imagen completamente diferente.

Tirar piedras a un cristal

Sorprendentemente, las observaciones de ALMA revelaron que W0410-0913 no parece haber sido perturbado en absoluto por interacciones con galaxias compañeras. Según las observaciones, este gas gira ordenadamente alrededor del agujero negro central. Ordenado, pero sorprendentemente rápido, con velocidades que alcanzan los 500 km/s.

«Combinando los resultados de los dos telescopios muy diferentes, vemos una imagen de cómo pueden evolucionar las galaxias más masivas y polvorientas. Este tipo de galaxias, una etapa vital en la transición de una galaxia polvorienta y formadora de estrellas a un cuásar, tiende crecer en ambientes muy densos», dice Ginolfi. «Sin embargo, a pesar de la esperada fusión frecuente con otras galaxias, estas interacciones gravitatorias no son necesariamente destructivas: alimentan la galaxia central y hacen girar un poco el gas, pero lo dejan prácticamente intacto. Es un poco como arrojar pequeñas piedras contra un panel sólido». vidrio: puedes rayarlo, pero no lo romperás…”

Las observaciones de Michele Ginolfi ofrecen las primeras pistas sobre el proceso de múltiples escalas que impulsa la evolución de la población rara y extrema de galaxias oscurecidas por polvo caliente. Crecen en hábitats densos y especiales, pero la interacción con sus compañeros puede ser suave.

Como parábola de este accidente automovilístico galáctico, el estudio estuvo a punto de no realizarse en absoluto, cuando Michele Ginolfi quedó atrapado en un embotellamiento en el tráfico de Roma y tuvo que presentar la propuesta usando su teléfono desde su automóvil, minutos antes de la fecha límite.

Con información de Niels Bohr Institute

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