Herschel descubre la fusión de dos galaxias en el pasado lejano del Universo
Lo que a primera vista parecía una extraña y enorme galaxia antigua ha resultado ser una pareja aún más inusual de galaxias masivas, a punto de fusionarse, cuando el Universo apenas tenía mil millones de años.
Esta espectacular fuente fue identificada por primera vez por el observatorio espacial Herschel de la ESA. Después fue vista con mayor detalle desde el centro Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de Chile.
Las primeras galaxias de los 13.800 millones de años de historia de nuestros cosmos comenzaron a formarse unos cientos de millones de años después del Big Bang, a medida que la materia fluía hacia puntos cada vez más densos y las primeras estrellas cobraban vida.
Las estrellas primigenias, sin embargo, no eran como las que conocemos hoy en día. Empezaron siendo mucho menores que nuestra Vía Láctea, que ahora alberga cientos de miles de millones de estrellas, y fueron adquiriendo masa a lo largo de miles de millones de años.
Así las cosas, los astrónomos tenían dificultades para explicar la existencia de galaxias masivas pobladas por estrellas ancianas en eras relativamente tempranas de la historia cósmica, cuando el Universo apenas tenía algunos miles de millones de años.
¿Cómo se podían haber formado galaxias masivas en tan poco tiempo?
El reciente descubrimiento de posibles progenitoras de tales galaxias —galaxias masivas observadas en épocas cósmicas aún más antiguas— ha arrojado cierta luz sobre estas investigaciones.
“Al analizar varios cientos de miles de galaxias observadas por Herschel, identificamos una instancia muy poco común de un objeto masivo en los albores del Universo”, señala Dominik Riechers, de la Universidad de Cornell (EE. UU.), autor principal del nuevo estudio.
La amplia variedad de longitudes de onda de infrarrojos y submilimétricas sondeadas por Herschel, que exploró el firmamento entre 2009 y 2013, fue clave para localizar esta fuente.
Las galaxias con estrellas en formación brillan con fuerza en el infrarrojo. Esto se debe al polvo cósmico presente en las densas nubes donde nacen las estrellas, que absorbe parte de la luz estelar y la vuelve a radiar a longitudes de onda más largas.
Además, dado que el Universo se encuentra en expansión, la longitud de onda de la luz emitida por galaxias lejanas se extiende aún más a lo largo de su recorrido cósmico hasta alcanzar el nivel submilimétrico en el caso de las galaxias más distantes, cuya luz fue liberada en los primeros miles de millones de años de historia del cosmos.
En 2012, Dominik y sus colegas vieron el potencial interés de esta fuente y decidieron realizar su seguimiento. Tras observarla a longitudes de onda submilimétrica aún más largas con el telescopio europeo Experimento Pionero de Atamaca (APEX), también en Chile, destacó por ser ‘la más roja’ de la muestra, con un brillo mayor a medida que se incrementaban las longitudes de onda, hasta las 870 micras.
Esto sugiere que la formación estelar está madura en esa galaxia y que se encuentra a una gran distancia de nosotros, en lo profundo del Universo más temprano.
Gracias a observaciones adicionales efectuadas con ALMA, los astrónomos detectaron en este objeto monóxido de carbono y vapor de agua, y usaron estas emisiones para calcular su distancia de nosotros. Así, se confirmó que lo que observaban era la fuente tal y como era tan solo mil millones de años tras el Big Bang.
Además, las observaciones de alta resolución con ALMA aún les deparaba una sorpresa más.
“Al observar más de cerca este objeto, resultaba aún más interesante de lo que podíamos esperar, ya que no solo se trataba de una galaxia masiva antigua, sino de dos galaxias masivas independientes y a punto de fusionarse”, explica Dominik.
A estas dos galaxias, cada una de ellas con una masa similar a la de nuestra Vía Láctea, se las bautizó ‘Caballo’ y ‘Dragón’.
Colmadas de estrellas en formación, son entre diez y cien veces más masivas que la mayoría de galaxias en la misma era de la historia del Universo. El Caballo y el Dragón acabarán por fusionarse, dando lugar a una galaxia aún más masiva en unos pocos cientos de millones de años.
El hallazgo demuestra que las galaxias gigantes, aunque poco comunes, realmente existieron en las primeras etapas cósmicas y bien podrían ser las progenitoras de las galaxias masivas con estrellas ancianas que se han observado en épocas algo posteriores, cuando el Universo tenía un par de miles de millones de años.
El equipo ahora está investigando este espectacular sistema de fusión con mayor detalle, estudiando las propiedades de su población estelar y su polvo con ALMA y con el Telescopio Extremadamente Grande del Observatorio Europeo Austral.
“También estamos buscando posibles satélites: galaxias menores que hubieran quedado atrapadas en el campo gravitacional de estos dos gigantes, como sería esperable en teoría”, añade Dominik.
En el futuro próximo, las observaciones con el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA/ESA/CSA, que se lanzará en 2019, permitirán a los astrónomos adentrarse aún más en los secretos de este sistema.
Más adelante, contaremos con una herramienta más para investigar el Universo temprano a través de las fusiones galácticas, aunque solo de aquellas en una fase mucho más avanzada que en el caso del Caballo y el Dragón, cuando los agujeros negros supermasivos en el centro de cada galaxia están a punto de confluir. Estas colisiones cósmicas liberan ondas gravitacionales —fluctuaciones en el tejido espacio-temporal— que podrán estudiarse con el futuro observatorio de ondas gravitacionales de la ESA: LISA.
Entretanto, es poco probable que se descubran muchos más sistemas como el detectado por Dominik y sus colaboradores. Si las actuales teorías sobre la formación de galaxias son correctas, tales prodigios son extremadamente infrecuentes. No obstante, el equipo continuará investigando los datos del archivo de Herschel en busca de indicios de otras fuentes de interés.
“Este extraordinario resultado, obtenido al combinar los datos de Herschel con extensas observaciones de seguimiento, demuestra el importante legado y el efecto a largo plazo de los datos hoy, años después de que tuvieran lugar las observaciones”, reconoce Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel de la ESA.
“Algo que seguirá sucediendo durante muchos años”.
Nota para los editores
El artículo “Rise of the titans: a dusty, hyper-luminous '870 μm riser' galaxy at z~6,” de D. Riechers et al., fue publicado en Astrophysical Journal el 13 de noviembre de 2017.
ALMA es un centro astronómico internacional fruto de la cooperación entre el Observatorio Europeo Austral, la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de los Estados Unidos y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en colaboración con la República de Chile. Más información sobre los socios de ALMA.
Para más información:
Dominik Riechers
Cornell University
Ithaca, NY, USA
Tel: +1 607 255 3989
Email: riechers@astro.cornell.edu
Göran Pilbratt
Herschel Project Scientist
Directorate of Science
European Space Agency
Tel: +31 71 565 3621
Email: gpilbratt@cosmos.esa.int
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
Oficina de Comunicación de ESAC
Email: comunicacionesac@esa.int
