Una fusión excepcional desvela los secretos de la evolución de las galaxias

La mayor parte de las grandes galaxias pertenece a una de estas dos categorías: las galaxias espirales, como nuestra Vía Láctea, con una gran cantidad de gas y actividad de formación de estrellas; o las galaxias elípticas, pobres en gas, pobladas de viejas estrellas rojas y frías y con pocos signos de actividad. 

Durante mucho tiempo se asumió que las grandes galaxias elípticas que vemos en el Universo actual se formaron lentamente a través de la fusión gravitatoria de galaxias más pequeñas. Esta hipótesis sugería que el gas contenido en estas galaxias se transformaría progresivamente en estrellas frías de baja masa, hasta agotar todas sus reservas, dejando una galaxia ‘roja y muerta’. 

Cuando en la última década se descubrió que las grandes galaxias elípticas se habían logrado formar en los primeros 3-4 mil millones de años de historia del Universo, esta hipótesis se tambaleó. De alguna forma, en un plazo de tiempo muy corto en términos cosmológicos, estas galaxias habían sido capaces de reunir rápidamente una gran cantidad de estrellas y luego se habían ‘apagado’. 

Una posible explicación sería que dos galaxias espirales chocasen y se fusionasen, dando lugar a una gran galaxia elíptica. La colisión desencadenaría un brote masivo de formación estelar que agotaría rápidamente todas las reservas de gas. Gracias a las observaciones de Herschel, un equipo de astrónomos ha sido capaz de capturar el inicio de este proceso entre dos galaxias masivas cuando el Universo apenas tenía 3.000 millones de años. 

Esta pareja de galaxias fue identificada inicialmente en los datos de Herschel como una única fuente, bautizada como HXMM01. Un estudio más detallado desveló que en realidad se trataba de dos galaxias, cada una con una masa estelar equivalente a 100.000 veces nuestro Sol y con una cantidad equivalente de gas. 

Las galaxias están unidas por un puente de gas, lo que indica que se están fusionando. 

“Este monstruoso sistema de galaxias en interacción es la fábrica de estrellas más eficiente jamás detectada en el Universo primitivo, cuando éste apenas tenía 3.000 millones de años”, explica Hai Fui de la Universidad de California, Irvine, Estados Unidos, autor del estudio publicado enNature. 

“El sistema HXMM01 es muy especial, no sólo por su gran masa e intensa actividad de formación de estrellas, sino porque también se encuentra en una fase intermedia y fundamental del proceso de fusión, lo que nos ayudará a perfeccionar los modelos actuales que describen la formación y la evolución de las galaxias”, añade Asantha Cooray, coautor de la publicación y también profesor en la Universidad de California, Irvine. 

El comienzo de la fusión ha desencadenado una frenética actividad de formación de estrellas, alcanzando una tasa equivalente a unas 2.000 estrellas como nuestro Sol al año. En comparación, una galaxia como la Vía Láctea actual sólo forma el equivalente a un Sol cada año.

_Sigue

La eficiencia con la que el gas se está convirtiendo en nuevas estrellas en este sistema es unas diez veces mayor a la observada en las galaxias convencionales, que forman estrellas a una tasa mucho más lenta. 

El sistema no será capaz de sostener semejante tasa de formación de estrellas durante mucho tiempo, y terminará agotando todas sus reservas de gas, deteniendo la producción y convirtiéndose en una población envejecida de estrellas rojas, frías y de baja masa. 

El equipo de Fu calcula que HXMM01 tardará unos 200 millones de años en convertir todo su gas en estrellas, mientras que el proceso de fusión tardará unos mil millones de años en completarse. El resultado final será una galaxia elíptica masiva, roja y muerta, con unos 400.000 millones de masas solares. 

“Tuvimos mucha suerte al detectar este sistema tan especial en una fase de transición tan crítica. El descubrimiento deja constancia de que la fusión de galaxias ricas en gas y con una considerable actividad de formación de estrellas es uno de los mecanismos para la formación de las galaxias elípticas masivas que podemos observar en el Universo primitivo”, explica Seb Oliver de la Universidad de Sussex, Reino Unido, Investigador Principal del Programa Clave HerMES dentro del que se han realizado estas observaciones. 

“Este descubrimiento pone de manifiesto la importancia de los estudios realizados con Herschel. En este caso, permitieron descubrir la excepcional fuente HXMM01, que puede contener la clave para desvelar el misterio de cómo se formaron y cómo han evolucionado las galaxias súper masivas cuando el Universo todavía era muy joven”, añade Göran Pilbratt, Científico del Proyecto Herschel para la ESA.

Nota a los Editores

“The rapid assembly of an elliptical galaxy of 400 billion solar masses at a redshift of 2.3,” de H. Fu et al., se publicó enNatureel 23 de mayo de 2013. 

Este estudio está basado en las observaciones realizadas dentro del Programa Clave de Tiempo Garantizado HerMES (Estudio Extragaláctico Multinivel), concebido para estudiar la evolución de las galaxias con un alto desplazamiento hacia el rojo. 

La fuente HXMM01 se detectó por primera vez en las observaciones realizadas con el instrumento SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) de Herschel, complementadas con los datos del instrumento PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer). 

La fuente fue estudiada por el Observatorio W.M. Keck y el SMA (Submillimeter Array) en Mauna Kea, Hawái; el VLA (Very Large Array) Karl G. Jansky y el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank del NRAO; el Telescopio Espacial NASA/ESA Hubble; el Telescopio William Herschel de La Palma, España; el Interferómetro del IRAM en el Plateau de Bure (PdBI); el Bolómetro Milimétrico Max-Planck 2 (MAMBO2) del telescopio de 30 metros del IRAM y por el instrumento CARMA (Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy). 

El estudio se completó con los datos de archivo de una serie de instalaciones en tierra y en el espacio: el observatorio XMM-Newton de la ESA en la banda de los rayos X; los telescopios GALEX, Spitzer y WISE de la NASA; el CFHTLS de Canadá-Francia-Hawái; y el estudio FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty-Centimeters) del VLA (Very Large Array) del NRAO. 

Herschel fue lanzado el 14 de mayo de 2009 y completó sus observaciones científicas el 29 de abril de 2013. 

Herschel es un observatorio espacial de la ESA equipado con instrumentos científicos desarrollados por consorcios de investigadores europeos, con una importante participación de la NASA.

Para más información:

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer

Tel: +31 71 565 6799

Mob: +31 61 594 3 954

Email: markus.bauer@esa.int

Hai Fu
University of California, Irvine
California, USA
Email: haif@uci.edu

Asantha Cooray
University of California, Irvine
California, USA
Email: acooray@uci.edu

Seb Oliver

Principal Investigator of the HerMES Key Programme

University of Sussex, United Kingdom

Tel: +44 7971 019161

Email: S.Oliver@sussex.ac.uk

Göran Pilbratt
Herschel Project Scientist
Tel: +31 71 565 3621
Email: gpilbratt@rssd.esa.int