¿Por qué esta galaxia parece más vieja que sus años?

Centro borroso púrpura con gas halo-ish azul circundante sobre un fondo negro.

La galaxia ALESS 073.1, ubicada a 12 mil millones de años luz de distancia y formada cuando el universo tenía solo el 10% de su edad actual, no solo tiene un gran abultamiento sino también un disco giratorio, lo que va en contra de la comprensión común de la formación de galaxias. Esta imagen, observada con elTelescopio ALMA, es increíblemente detallado para tal distancia. Imagen a través de Federico Lelli et al./UBC.


Los astrónomos han encontrado una galaxia del universo temprano poderosamente sorprendente que parece más madura de lo que debería para su edad. EllosAnunciadoeste resultado el 11 de febrero de 2021, señalando que la galaxia ALESS 073.1 se encuentra a unos 12 mil millonesaños luzlejos. Eso significa que vemos esta galaxia como era cuando el universo tenía solo 1.200 millones de años, o el 10% de su edad actual. En ese momento, según las teorías de los astrónomos, esta galaxia se consideraríajoven. Debería ser relatividad informe. Pero ALESS 073.1 ya tiene un gran interiorprotuberancia, un giratoriodiscoy potencialbrazos espirales. ¿Cómo consiguió esas características, todas ellas signos de madurez relativa, a una edad tan temprana?

El estudio de esta galaxia fuepublicadoeste mes en elrevisado por paresdiarioCiencias.


Observaciones utilizando elTelescopio ALMAmuestran que ALESS 073.1 ya tiene todas las características que esperaríamos de una galaxia madura, lo que desafía nuestra comprensión actual sobre cómo se forman las galaxias. Esto hace que los astrónomos se pregunten cómo creció tan rápido, en comparación con lo que esperaríamos tan cerca del comienzo del universo. Tenga en cuenta que, de manera bastante conveniente, cuanto más lejos mire, también más atrás en el tiempo se verá (como una máquina del tiempo). Entonces, una galaxia observada a esa distancia también nos muestra automáticamente cómo se veía hace tanto tiempo, no cómo se vería ahora.

El autor principal del artículo, el Dr. Federico Lelli, quien realizó la investigación mientras estaba en la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff (ahora se encuentra en el Observatorio Astrofísico Arcetri en Florencia) dijo:

Descubrimos que una protuberancia masiva, un disco giratorio regular y posiblemente brazos espirales ya estaban en su lugar en esta galaxia cuando el universo tenía solo el 10% de su edad actual.En otras palabras, esta galaxia parece un adulto adulto, pero debería ser solo un niño pequeño. Desafía nuestra comprensión de la formación de galaxias.

Hombre barbudo con gafas, sosteniendo un globo celeste, frente al mural de la galaxia de Andrómeda.

Federico Lelli es el autor principal del artículo que encontró que una galaxia del universo temprano estaba mucho más desarrollada de lo esperado. Imagen víalellifederico.com.




Se cree que las galaxias en el universo muy temprano pasan por una formación estelar masiva y tienen cosas violentamente turbulentas en ellas. Esto los haría parecer caóticos, sin ninguna estructura en particular, y especialmente sin brazos espirales bien organizados. Luego, a medida que pasara el tiempo, durante miles de millones de años, las cosas se calmarían y las galaxias ya no serían tan dinámicamente violentas, sino que se convertirían en entidades más estables con las formas y estructuras reconocibles que vemos en las galaxias de hoy.

Una protuberancia interior de la galaxia (que se asemeja a la yema de un huevo frito) contiene principalmente estrellas viejas y no tiene mucha formación estelar nueva. Hasta ahora, creíamos que las protuberancias se forman lentamente, a medida que las galaxias más pequeñas pasan por una galaxia más grande y se fusionan con ella, y a través de procesos internos en la propia galaxia a medida que pasa el tiempo y las estrellas envejecen. (Las galaxias mucho más antiguas no tienen discos, pero se han convertido engalaxias elípticas, que consiste principalmente en un bulto solo.)

Galaxia espiral mostrada como luz central brillante y brazos espirales circundantes, con una galaxia irregular compañera (luz brillante) en el lado izquierdo.

La galaxia espiral M51, un ejemplo de una galaxia de disco con una protuberancia central y brazos espirales superpuestos en su disco circundante. Imagen a través de K. Rhode / M. Young / NOAO /NOIRlab.

En otras palabras, según nuestro entendimiento, una galaxia joven no debería tener un gran bulto y un disco regular todavía durante mucho tiempo. Pero ALESS 073.1 tiene ambos, con alrededor de la mitad de todas sus estrellas dentro de un bulto y tal vez incluso brazos espirales superpuestos en su disco inesperado.


Esto significa que la formación de galaxias puede ser un proceso mucho más rápido de lo que se pensaba anteriormente y que una gran protuberancia puede formarse mucho más rápido de lo que se creía.

Ahora, ¿cómo podemos ver que ALESS 073.1 tiene un disco, puede preguntar, simplemente mirando las imágenes en este artículo?

Gota, roja por un lado y azul por el otro, sobre fondo negro.

El llamado 'mapa rotacional' de ALESS 073.1. Los colores indican cómo se mueve el gas de la galaxia. El área roja muestracorrido al rojogas, es decir, gas que se aleja de nosotros, y el área azul es gas que se mueve hacia nosotros, lo que significa que la galaxia está girando. Imagen a través de Federico Lelli et al./UBC.

Cuando pensamos en imágenes que se remontan mucho más atrás en el espacio y el tiempo, a menudo pensamos en imágenes como los campos profundos del Hubble que se observaron con luz óptica e infrarroja. Pero estas imágenes fueron observadas conALMA, abreviatura de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, que se encuentra en los Andes en el norte de Chile. ALMA mira en la región de microondas delespectro electromagnético, entre radio e infrarrojos, es decir, a longitudes de onda más largas que la luz óptica. Esto es útil porque diferentes tipos de telescopios pueden descubrir diferentes cosas sobre lo que observan. Por ejemplo, puede medir cómo el gasse mueveen las galaxias con este tipo de telescopio. Entonces, estos astrónomos midieron el movimiento del gas y el polvo en la galaxia para encontrar el disco giratorio y luego modelaron la distribución de masa dentro de la galaxia para medir el abultamiento estelar masivo.


Si miras la imagen de arriba, un lado es rojo y el otro es azul. Estos no son los colores reales, sino una representación de cómo gira la galaxia: el área roja muestra el gas cuya emisión escorrido al rojo, lo que significa que se aleja de nosotros, y el área azul indica gas que está desplazado hacia el azul (mismo fenómeno que el desplazamiento hacia el rojo pero en la otra dirección), lo que significa que se mueve hacia nosotros. Con tal movimiento en marcha, podemos ver que la galaxia está girando. Y cuando hay rotación, la física nos dice que también habrá un disco.

Antenas tipo plato mirando un cielo lleno de estrellas.

El telescopio ALMA en los Andes chilenos se utilizó para medir los movimientos de gas en la galaxia ALESS 073.1 y descubrió que estaba más evolucionado de lo que “debería” estar. Este telescopio consta de 66 antenas parabólicas, la mayoría de ellas de 12 metros de diámetro (40 pies) y observa en la porción milimétrica y submilimétrica delespectro electromagnético. Imagen víaNRAO.

Sin embargo, este no es el primer estudio que muestra que las galaxias primordiales son más maduras de lo que se cree. En octubre pasado, otro proyecto de ALMA, llamadoALPINO, corroboró esta idea. Los astrónomos involucrados en ese estudio estaban buscando algo diferente; un crecimiento acelerado del universo temprano en las galaxias. ¡Se sorprendieron igualmente cuando descubrieron que hasta el 20% de las 118 galaxias que estudiaron eran mucho más maduras de lo esperado!

dos áreas de manchas amarillas y rojas sobre fondo negro.

Estas son dos galaxias donde el color amarillo indica la presencia de mucho más polvo de lo esperado, y el gas de color rojo revela la formación y el movimiento de estrellas. Estas observaciones proporcionan más evidencia de que las galaxias se formaron antes de lo que se creía. Imagen a través del equipo ALPINE /ALMA.

En este caso, la conclusión llegó midiendo la presencia de mucho más polvo y elementos pesados ​​de lo esperado en estas galaxias. Verá, el polvo y los elementos pesados ​​(átomos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio) no aparecen hasta el final de la vida de las estrellas, donde se forman. A esa temprana edad, el universo supuestamente no había tenido tiempo suficiente para acumular tantas estrellas todavía, ¡así que no debería haber tanto polvo y elementos pesados ​​alrededor! Y, sin embargo, estaba demostrando que las galaxias eran más maduras de lo que pensábamos.

Este video explica los hallazgos del equipo de ALPINE:

En pocas palabras: los astrónomos han observado galaxias en el universo temprano, cuando el universo tenía solo el 10% de su edad actual, que están mucho más evolucionadas de lo esperado. Esto cambia radicalmente nuestra comprensión actual de la formación de galaxias e indica que las galaxias evolucionan mucho más rápido de lo que se creía anteriormente.

Fuente: Un abultamiento estelar masivo en una galaxia que gira regularmente 1.200 millones de años después del Big Bang.

A través de la Universidad de Columbia Británica

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