El nacimiento de los monstruos: Las primeras galaxias gigantes

Simplemente contando el número de galaxias en una zona del cielo, ponemos a prueba las teorías de los astrónomos sobre formación y evolución de galaxias. Sin embargo, una tarea tan simple se convierte en algo cada vez más difícil cuando los astrónomos intentan contar las galaxias más distantes y más débiles. Y se complica aún más por el hecho de que las galaxias más brillantes y más fáciles de observar (las galaxias más masivas del universo) son más escasas cuanto más penetran los astrónomos en el pasado del universo, mientras que las más menos brillantes (pero más numerosas) son aún más difíciles de detectar.

Ahora, un equipo de astrónomos dirigido por Karina Caputi, del Instituto de Astronomía de Kapteyn, en la Universidad de Groninga, ha sacado a la luz la existencia de muchas galaxias lejanas que habían escapado de los escrutinios anteriores. Utilizando imágenes del sondeo UltraVISTA (uno de seis proyectos que utiliza VISTA) para rastrear el cielo en longitudes de onda del infrarrojo cercano y hacer un censo de galaxias débiles en una época en la que la edad del universo estaba entre los 750 y los 2.100 millones de años.

UltraVISTA ha estado tomando imágenes de la misma zona del cielo (de un tamaño de casi cuatro veces el tamaño de una Luna llena) desde diciembre de 2009. Se trata de la zona más grande del cielo de la que se han obtenido imágenes hasta ahora a ese nivel de profundidad en longitudes de onda infrarrojas. El equipo combinó las observaciones de UltraVISTA con las del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, que sondea el cosmos en longitudes de onda del infrarrojo medio (más largas que el infrarrojo cercano) [1].

«Descubrimos 574 galaxias masivas nuevas, la muestra más grande de este tipo de galaxias ocultas del universo temprano jamás reunida«, explica Karina Caputi. «Estudiarlas nos permite responder a una pregunta simple pero importante: ¿cuándo aparecieron las primeras galaxias masivas?«.

Obtener imágenes del cosmos en longitudes de onda infrarrojas ha permitido a los astrónomos ver objetos que están oscurecidos por el polvo y son extremadamente distantes [2], creadas durante la infancia del universo.

El equipo descubrió un gran aumento en el número de estas galaxias en un muy corto periodo de tiempo. Gran parte de las galaxias masivas [3] que vemos ahora a nuestro alrededor, en el universo cercano, ya se habían formaron sólo 3.000 millones años después del Big Bang.

«No encontramos evidencia de la presencia de estas galaxias masivas antes de alrededor de 1.000 millones de años después del Big Bang, así que estamos seguros de que las primeras galaxias masivas debieron formarse en ese momento”, concluye Henry Joy McCracken, coautor del artículo  [4].

Además, los astrónomos descubrieron que las galaxias masivas eran más abundantes de lo que se había pensado. Estas galaxias antes ocultas suponen la mitad del número total de galaxias masivas presentes cuando el universo tenía entre 1.000 y 1.500 millones años [5]. Estos nuevos resultados, sin embargo, contradicen los modelos actuales de evolución de galaxias en el universo temprano, que no predicen la existencia de este tipo de monstruosas galaxias en esas épocas tempranas.

Para complicar aún más las cosas, si las galaxias masivas del universo temprano contienen más polvo que el predicho por los astrónomos, entonces ni siquiera UltraVISTA sería capaz de detectarlas. Si este es el caso, las teorías actuales sobre cómo se formaron las galaxias en el universo temprano pueden requerir de una revisión completa.

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) también buscará estas polvorientas galaxias que están cambiando las reglas del juego. Si se encuentran, también serán objeto de estudio para el Telescopio Europeo Extremadamente Grande (European Extremely Large Telescope de ESO, E-ELT), de 39 metros, que permitirá detalladas observaciones de algunas de las primeras galaxias.

Notas

[1] El telescopio de VISTA de ESO observó en la longitud de onda del infrarrojo cercano en el rango de entre 0,88 y 2,15 μm, mientras que Spitzer realizó observaciones en el infrarrojo medio a 3,6 y 4,5 μm.

[2] La expansión del espacio significa que cuanto más lejana es una galaxia, más rápido parece alejarse de un observador situado en la Tierra. Este estiramiento hace que la luz de estos objetos distantes se mueva a zonas más rojas del espectro, lo que significa que se necesitan observaciones en el infrarrojo cercano y medio para captar la luz de estas galaxias.

[3] En este contexto, «masiva» significa más de 50.000 millones de veces la masa del Sol. La masa total de las estrellas de la Vía Láctea también se acerca a esta cifra.

[4] El equipo no encontró evidencia de enormes galaxias más allá de un corrimiento al rojo de 6, equivalente a tiempos menores de 900 millones de años después del Big Bang.

[5] Esto es equivalente a un corrimiento al rojo de entre z=5 y z=4.

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Esta investigación se presentó en el artículo científico titulado “Spitzer Bright, UltraVISTA Faint Sources in COSMOS: The Contribution to the Overall Population of Massive Galaxies at z = 3-7”, por K. Caputi et al., que aparece en la revista Astrophysical Journal.

El equipo está formado por Karina I. Caputi (Instituto de Astronomía de Kapteyn, Universidad de of Groninga, Países Bajos); Olivier Ilbert (Laboratorio de Astrofísica de Marsella, Universidad Aix-Marseille, Francia); Clotilde Laigle (Instituto de Astrofísica de París, Francia); Henry J. McCracken (Instituto de Astrofísica de París, Francia); Olivier Le Fèvre (Laboratorio de Astrofísica de Marsella, Universidad Aix-Marseille, Francia); Johan Fynbo (Centro de Cosmología Dark, Instituto Niels Bohr, Copenhague, Dinamarca); Bo Milvang-Jensen (Centro de Cosmología Dark); Peter Capak (Centro de ciencia Spitzer de NASA/JPL, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, California, EE.UU.); Mara Salvato (Instituto Max-Planck de Física Extragaláctica, Garching, Alemania) y Yoshiaki Taniguchi (Centro de Investigación Espacial y Evolución del Cosmos, Universidad Ehime, Japón).