Imagen del estudio Shards. Crédito: equipo de investigación Shards
Nuevas imágenes han revelado pistas detalladas sobre cómo se formaron las primeras estrellas y estructuras en el Universo y sugieren que la formación de la galaxia tuvo un comienzo irregular.
Un equipo internacional de astrónomos de la Universidad de Nottingham y el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) utilizó datos del telescopio espacial Hubble (HST) y el Gran Telescopio Canarias (GTC), los llamados Campos Fronterizos, para localizar y estudiar algunas de las galaxias más pequeñas y tenues del universo cercano. Esto ha revelado que la formación de la galaxia probablemente fue irregular. Los primeros resultados acaban de publicarse en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS).
Una de las preguntas más interesantes que los astrónomos han estado tratando de responder durante décadas es cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias. En cuanto al cómo, una posibilidad es que la formación de las primeras estrellas dentro de las galaxias comenzara a un ritmo constante, construyendo lentamente un sistema cada vez más masivo. Otra posibilidad es que la formación fuera más violenta y discontinua, con ráfagas de formación estelar intensas pero de corta duración desencadenadas por eventos como fusiones y aumento de la acumulación de gas.
“La formación de galaxias se puede comparar con un coche”, explica Pablo G. Pérez-González, uno de los coautores del trabajo, adscrito al Centro de Astrobiología (CAB/CSIC-INTA) en España, e investigador principal de la colaboración internacional detrás de este estudio. “Las primeras galaxias podrían haber tenido un motor de formación estelar 'diesel', agregando nuevas estrellas lenta pero continuamente, sin mucha aceleración y convirtiendo suavemente el gas en estrellas relativamente pequeñas durante largos períodos de tiempo. O la formación podría haber sido desigual, con ráfagas de formación estelar que produjeron estrellas increíblemente grandes que interrumpieron la galaxia y hicieron que cesara su actividad por un tiempo o incluso para siempre. Cada escenario está vinculado a diferentes procesos, como fusiones de galaxias o la influencia de agujeros negros supermasivos, y tienen un efecto sobre cuándo y cómo se formaron el carbono o el oxígeno, que son esenciales para nuestra vida”.
Usando el poder de las lentes gravitacionales de algunos de los cúmulos de galaxias más masivos del Universo con los datos excepcionales de GTC provenientes de un proyecto titulado Survey for high-z Red and Dead Sources (SHARDS), los astrónomos buscaron análogos cercanos de las primeras galaxias formadas en el Universo, para que pudieran ser estudiados con mucho más detalle.
El Dr. Alex Griffiths de la Universidad de Nottingham fue uno de los principales investigadores del Reino Unido en el estudio, explica: “Hasta que tengamos el nuevo telescopio espacial James Webb, no podemos observar las primeras galaxias que se hayan formado, son demasiado débiles. Así que buscamos bestias similares en el Universo cercano y las diseccionamos con los telescopios más poderosos que tenemos actualmente”.
Los investigadores combinaron la potencia de los telescopios más avanzados, como HST y GTC, con la ayuda de "telescopios naturales". El profesor Chris Conselice, de la Universidad de Manchester, es coautor del estudio y dijo: "Algunas galaxias viven en grandes grupos, lo que llamamos cúmulos, que contienen enormes cantidades de masa en forma de estrellas, pero también gas y materia oscura. Su masa es tan grande que doblan el espacio-tiempo y actúan como telescopios naturales. Los llamamos lentes gravitacionales y nos permiten ver galaxias débiles y distantes con un brillo mejorado y una resolución espacial más alta”.
Las observaciones de algunos de estos cúmulos masivos que actúan como telescopios gravitacionales son la base de la encuesta Frontier Field. El estudio mostró que era probable que la formación de la galaxia se detuviera y comenzara con ráfagas de actividad seguidas de pausas. El Dr. Griffiths de la Universidad de Nottingham dijo: “Nuestro principal resultado es que el comienzo de la formación de galaxias es irregular, como el motor de un automóvil, con períodos de formación estelar mejorada seguidos de intervalos de sueño. Es poco probable que las fusiones de galaxias hayan jugado un papel importante en el desencadenamiento de estos estallidos de formación estelar y es más probable que se deba a causas alternativas que mejoran la acumulación de gas. Buscar por esas alternativas.
“Pudimos encontrar estos objetos gracias a la alta calidad de los datos Shards junto con los datos de imágenes del telescopio espacial Hubble para detectar gas caliente calentado por estrellas recién formadas en galaxias muy pequeñas. Este gas caliente emite en ciertas longitudes de onda, lo que llamamos líneas de emisión, como una luz de neón. El análisis de estas líneas de emisión puede proporcionar una idea de la formación y evolución de una galaxia”.
“Las observaciones de Shards Frontier Fields realizadas con GTC han proporcionado los datos más profundos jamás obtenidos para descubrir galaxias enanas a través de sus líneas de emisión, permitiéndonos identificar sistemas con formación estelar desencadenada recientemente”, añade Pérez-González, uno de los coautores de el artículo e investigador principal del proyecto GTC Shards Frontier Fields.
Referencia: "Galaxias de línea de emisión en los campos fronterizos de SARDS I: Selección de candidatos y descubrimiento de emisores Bursty Ha" 20 de octubre de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab2566
