¿Enigma Resuelto? «El universo temprano tenía galaxias enormemente masivas y ya ancianas»

Por mucho tiempo ha desconcertado a los científicos que había galaxias enormemente masivas que ya estaban viejas y no formación de nuevas estrellas en el universo primitivo, aproximadamente 3.000 millones de años después del Big Bang. Ahora una nueva investigación del Instituto Niels Bohr, entre otros, muestra que estas galaxias masivas se formaron por una explosiva formación estelar que se puso en marcha por la colisión de galaxias unos mil millones de años después del Big Bang

Las galaxias son colecciones gigantescas de estrellas, gas y materia oscura. Las galaxias más pequeñas contienen unos pocos millones de estrellas, mientras que las más grandes pueden contener varios cientos de millones de estrellas. Las primeras estrellas ya surgieron en el universo muy temprano, aproximadamente 200 millones años después del Big Bang, a partir del hidrógeno y el helio. Estos gases son la materia prima utilizada para formar estrellas. Estas gigantescas nubes de gas y polvo se contrajeron y, finalmente, el gas fue tan compacto que la presión calentó la materia de tal manera que se formaron bolas resplandecientes de gas, y las nuevas estrellas nacieron.

Las estrellas forman grupaciones en galaxias, las primeras de las cuales son un tipo de galaxias bebé. Siempre y cuando no haya gas en la galaxia, se están formando nuevas estrellas.

Por lo tanto, la teoría de los astrónomos es que la estructura del universo fue construida por galaxias bebé creciendo gradualmente más grandes y más masivas mediante la constante formación de nuevas estrellas y al chocar con galaxias vecinas para formar nuevas galaxias más grandes. Por tanto, se cree que las galaxias más grandes en el universo de hoy que han estado en construcción durante toda la historia del universo.

«Es por eso que nos sorprendió que ya cuando el Universo tenía sólo 3.000 millones de años encontramos galaxias que eran tan masivas como las grandes de hoy en día: las galaxias espirales y las mayores galaxias elípticas, que son los gigantes en el universo local. Aún más sorprendente, las estrellas en estas galaxias primitivas fueron comprimidas en un área muy pequeña, por lo que el tamaño de las galaxias era tres veces más pequeño que las galaxias masivas similares en la actualidad. Esto significa que la densidad de estrellas era 10 veces mayor. Además, las galaxias ya estaban muertas, por lo que ya no se estaban formando nuevas estrellas. Era un gran misterio», explica Sune Toft, Centro de Cosmología Oscura en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.

Las galaxias muy masivas y compactas no eran galaxias espirales aplanadas donde las estrellas y el gas giran alrededor del centro. Más bien se parecían a las galaxias elípticas, donde las estrellas se mueven más de aquí para allá y en donde el gas para la formación de nuevas estrellas ya ha sido utilizado. Pero, ¿cómo podrían las galaxias volverse tan masiva y tan quemadas tan temprano? ¿Cómo se formaron?

Para saber lo que pasó, Sune Toft tuvo que mirar aún más atrás en el tiempo. En base a las edades de las galaxias, sabía que tenían que haberse formado muy temprano en la historia del universo, pero en ese momento simplemente no había suficiente tiempo para que las galaxias hubiesen crecido de manera masiva por medio de la formación normal de la estrella. Tenía la teoría de que las galaxias masivas se formaron por la fusión de galaxias más pequeñas, pero por sí sola [esta teoría] no podía explicar cómo habían llegado a ser tan masivas tan rápidamente y que ya estuviesen muertas. La teoría era, por tanto, que debe haber habido algunas galaxias particularmente extremas en el proceso de formación.

«Estudiamos las galaxias que existieron cuando el universo tenía entre 1.000 y 2.000 millones de años. Mi teoría de que debe haber habido algunas galaxias con propiedades muy específicas que fueron parte del proceso de formación me hizo centrarme en las galaxias especiales SMG (Sub-mm Galaxy), que son dominadas por una formación intensa de estrellas oculta bajo una gruesa capa de polvo», explica Sune Toft.

Él explica que cuando estas galaxias ricas en gas se fusionan, todo el gas es llevado al centro del sistema donde se enciende una explosión de nueva formación de estrellas. Se forma una gran cantidad de estrellas en el centro de la galaxia y se convierte rápidamente en muy compacta. Pero con la formación estelar explosiva, el gas para formar nuevas estrellas también se agota muy rápidamente y luego da una galaxia muerta.

«Descubrí que había una relación evolutiva directa entre dos de los tipos de galaxias más extremas que tenemos en el universo —la más lejana y las galaxias de más intensa formación estelar que se formaron poco después del Big Bang— y las galaxias extremadamente compactas muertas que vemos de 1 a 2 mil millones de años más tarde «, dice Sune Toft.

La nueva investigación es un gran avance en el descubrimiento del proceso de formación de las galaxias enormemente masivas y muertas en el universo temprano. Los resultados se publican en la revista científica Astrophysical Journal.

En un reciente estudio usando datos del Herschel, los astrónomos han capturado el inicio de este proceso entre dos galaxias espirales masivas que chocan y se fusionan para producir una gran galaxia elíptica, con la colisión provocando una explosión masiva de formación de estrellas que se observa cuando el Universo tenía sólo 3 mil millones años edad. Se muestra en la imagen de abajo.

El par de galaxias fue inicialmente identificado en los datos de Herschel como una única fuente luminosa, llamada HXMM01. Las observaciones de seguimiento mostraron que, de hecho, son dos galaxias, cada una con una masa estelar igual a cerca de 100 mil millones de soles y una cantidad equivalente de gas. Las galaxias están unidas por el puente de gas, lo que indica que se están fusionando.

«Este monstruoso sistema de galaxias interactuantes es la más eficiente fábrica de formación de estrellas que se ha encontrado en el Universo en un momento en que tenía sólo 3 mil millones de años», dice Hai Fu de la Universidad de California en Irvine, EE.UU., quien dirigió el estudio publicado en la revista Nature.

«El sistema HXMM01 es inusual, no sólo debido a su gran masa y la intensa actividad de formación estelar, sino también porque expone un paso crucial, intermedio, del proceso de fusión, proporcionando valiosa información que nos ayudará a constreñir los modelos para la formación y evolución de galaxias «, añade el coautor Asantha Cooray, también de la Universidad de California, Irvine.

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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