Un estudio innovador realizado por científicos de la Universidad de Chalmers ha revelado detalles moleculares sin precedentes en dos galaxias del universo temprano, profundizando nuestra comprensión de su actividad de formación estelar. Un equipo de científicos dirigido por la Universidad Tecnológica Chalmers de Suecia estudió dos galaxias del universo primitivo que contenían fábricas de estrellas extremadamente productivas.

Los científicos utilizaron potentes telescopios para separar la luz de la galaxia en diferentes colores y se sorprendieron al encontrar luz proveniente de muchas moléculas diferentes, más que nunca a distancias tan grandes. Los investigadores creen que estos estudios podrían revolucionar nuestra comprensión de la vida en las galaxias más activas cuando el universo era joven.

Cuando el universo era joven, las galaxias eran muy diferentes de las galaxias espirales actuales, que estaban llenas de soles suavemente brillantes y coloridas nubes de gas. Constantemente nacen nuevas estrellas, cientos de veces más rápido que en el universo actual. Sin embargo, la mayoría de las estrellas están ocultas detrás de gruesas capas de polvo, lo que dificulta a los científicos descubrir los secretos de estas fábricas estelares... hasta ahora. Al estudiar las galaxias más distantes con potentes telescopios, los astrónomos pueden vislumbrar cómo estas fábricas crean tantas estrellas.

La luz de muchas moléculas diferentes revela los secretos de las fábricas de estrellas distantes. Aquí se muestran moléculas descubiertas en la galaxia distante NCv1.143, superpuestas a la imagen en luz visible del Hubble de una galaxia similar, NGC 572, en el universo cercano. Fuente de la imagen: ESA/Hubble, NASA, L.Ho; Jmol (moléculas); R.Cumming (montaje)

En un nuevo estudio publicado el 14 de diciembre en la revista Astronomy & Astrophysics, un equipo de científicos dirigido por el astrónomo de Chalmers, Zhentao Yang, utilizó el telescopio NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) de Francia para aprender más sobre cómo estas primeras fábricas de estrellas crearon tantas estrellas. Yang Xiaotao y sus colegas midieron la luz de dos galaxias luminosas en el universo temprano, una de las cuales está clasificada como cuásar, y ambas galaxias tienen altas tasas de formación de estrellas.

"Sabemos que estas galaxias son enormes fábricas de estrellas, quizás una de las más grandes del universo. Para descubrir cómo funcionan, medimos su luz en una longitud de onda de aproximadamente un milímetro, con la esperanza de recopilar nuevas pistas", dijo Yang Zhentao.

Conocimientos moleculares de galaxias distantes

Las mediciones superaron las expectativas de los científicos. En la luz registrada por las dos galaxias, encontraron rastros de muchos tipos diferentes de moléculas. En lo profundo de estas galaxias, las nubes de gas y polvo donde nacen nuevas estrellas emiten luz en muchas longitudes de onda diferentes.

"Se trata de una impresionante explosión de colores con matices que son invisibles para el ojo humano. Pero combinando nuestras observaciones con conocimientos de física y química, podemos entender lo que significan estos colores y ver en qué se diferencian las diferentes galaxias", explica el miembro del equipo Sergio Martín, astrónomo de los observatorios conjuntos de ESO y ALMA en Chile.

La luz de muchas moléculas diferentes revela los secretos de las fábricas de estrellas distantes. Aquí se muestran moléculas descubiertas en la galaxia distante APM08279+5255, superpuestas a la imagen en luz visible del Hubble de una galaxia similar en el universo cercano, IC5063. Ambas galaxias tienen un agujero negro supermasivo activo en su centro.

Al analizar el espectro de cada galaxia (los diferentes colores de su luz), los científicos pudieron identificar 13 moléculas, varias de las cuales nunca antes se habían visto en galaxias tan distantes. Cada molécula proporciona diferentes pistas sobre la temperatura, presión y densidad del espacio entre las estrellas, así como pistas sobre cómo interactúan la luz de las estrellas, la radiación y la materia, proporcionando nueva información crítica sobre las condiciones físicas y químicas de estas galaxias.

Interpretar las señales es un desafío. Partes del espectro electromagnético que vemos son difíciles de observar en galaxias cercanas. Pero debido a la expansión del universo, la luz de galaxias distantes como ésta se desplaza hacia longitudes de onda más largas, y podemos observarla con radiotelescopios de ondas submilimétricas.

Más como una ciudad bajo luces de neón que una noche bajo las estrellas

Las dos galaxias que estudió el equipo están tan lejos que su luz tarda casi 13 mil millones de años en llegar a nuestra línea de visión. La astrónoma de Chalmers, Susanne Aalto, miembro del equipo de investigación, dijo: "Observar estas galaxias es menos como pasar una noche bajo las estrellas y más como mirar una ciudad con luces de neón parpadeantes".

Explicó que los astrónomos están acostumbrados a tomar fotografías de las fábricas de estrellas de la Vía Láctea, como las nebulosas de Orión y Carina.

"En estas dos galaxias distantes, las fábricas de estrellas que vemos son más grandes, más brillantes, polvorientas y diferentes de las nuestras en muchos aspectos. El brillo de las nebulosas de Orión y Carina se debe a la luz ultravioleta emitida por estrellas calientes recién nacidas. En estas dos galaxias distantes, la luz ultravioleta no puede penetrar la capa de polvo". Susanne Aalto (Susanne Aalto) dijo: "Gran parte de la iluminación se debe a los rayos cósmicos, partículas de alta energía que se producen cuando las estrellas explotan o se acercan a agujeros negros supermasivos".

La luz de dos galaxias distantes muestra signos de muchas moléculas diferentes. Los picos agudos en estos gráficos se llaman líneas espectrales e informan a los astrónomos sobre las nubes de gas que emiten luz. El eje horizontal muestra la longitud de onda y la frecuencia de la luz; el eje vertical muestra el brillo relativo. El espectro superior está desplazado hacia arriba para mayor claridad. La galaxia NCv1.143 se muestra en rojo en la imagen y APM08279+5255 se muestra en violeta. Fuente: ChentaoYang et al.

La singularidad de las galaxias en el universo primitivo.

Si bien las galaxias como estas dos son muy raras, los científicos ya planean estudiar más de ellas utilizando el telescopio NOEMA y su telescopio hermano mayor, ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile. Ambos telescopios son muy sensibles a la luz con una longitud de onda de aproximadamente un milímetro.

"Nuestros resultados muestran que NOEMA, con su receptor de banda ancha y su poderosa computadora de correlación, ofrece nuevas oportunidades para estudiar galaxias extremas en el cielo del hemisferio norte. En el hemisferio sur, la mejora de la sensibilidad de la banda ancha planificada por ALMA traerá perspectivas aún más interesantes". dijo Pierre Cox, astrónomo del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) y de la Universidad de la Sorbona: "Las galaxias más destacadas del universo primitivo finalmente pueden contar su historia a través de sus moléculas".

Más información sobre los resultados de la investigación

Se han detectado más de cien moléculas diferentes en el espacio interestelar. En este estudio, los astrónomos descubrieron moléculas como monóxido de carbono (CO), ciano (CN), etinilo (CCH), cianuro de hidrógeno (HCN), catión formilo (HCO+), isocianuro de hidrógeno (HNC), monosulfuro de carbono (CS), agua (H2O), iones de hidrógeno (H3O+), óxido nítrico (NO), diazo (N2H+), radical metileno (CH) y ciclopropenileno (c-C3H2). Varios de ellos (CH, CCH, c-C3H2, N2H+ y H3O+) nunca antes se habían visto a distancias tan grandes.

Los números de catálogo de las dos galaxias estudiadas son APM08279+5255 y NCv1.143. Estudios anteriores han demostrado que estas dos galaxias están muy lejos de nosotros y que su luz ha viajado hasta nosotros durante casi 13 mil millones de años, con sus correspondientes corrimientos al rojo de 3,911 y 3,565 respectivamente. El corrimiento al rojo significa que la expansión del universo extiende la luz de galaxias distantes a longitudes de onda más largas, lo que se puede observar con radiotelescopios.

A pesar de su distancia, estas galaxias brillan intensamente en longitudes de onda de radio. Su señal se amplifica gracias a otros cúmulos de galaxias que se encuentran en el camino de la luz, un efecto conocido como lente gravitacional. Una de las galaxias, APM 08279+5255, es también un cuásar, una galaxia cuyo centro emite una luz deslumbrante desde ondas de radio hasta rayos X debido al material que orbita alrededor de un agujero negro supermasivo. NCv1.143 también puede contener un agujero negro central.

Fuente compilada: ScitechDaily