Galaxias de apacible crecimiento crecen absorbiendo gas de su entorno

Nuevas observaciones del Very Large Telescope (VLT) de ESO, ubicado en el norte de Chile, han proporcionado por primera vez evidencia directa de que las galaxias jóvenes pueden crecer succionando el gas frío que hay a su alrededor y usándolo como combustible para la formación de estrellas nuevas

En los primeros miles de millones de años después del Big Bang, la masa de una galaxia típica aumentó espectacularmente. Comprender por qué sucedió esto es uno de los problemas cruciales en la astrofísica moderna.

Los resultados aparecen en la edición del 14 de octubre de la revista Nature.

Las primeras galaxias se formaron cuando el Universo tenía menos de mil millones de años de edad y eran mucho más pequeñas que los sistemas gigantes —incluyendo la Vía Láctea— que vemos hoy en día. De modo que de alguna manera el tamaño de la galaxia promedio ha aumentado a medida que el Universo ha evolucionado. Las galaxias a menudo colisionan y luego se fusionan para formar sistemas más grandes, y seguramente este proceso es un importante mecanismo de crecimiento. Sin embargo ahora se ha propuesto un otro modo, más apacible.

Un equipo de astrónomos europeos empleó el Very Large Telescope de ESO, ubicado en la Región de Antofagasta en Chile, para probar esta idea completamente diferente: que las galaxias jóvenes también pueden crecer succionando las corrientes frías del gas hidrógeno y helio que llenaba al Universo temprano, formando nuevas estrellas a partir de este material primitivo. Tal como una empresa comercial puede expandirse, ya sea fusionándose con otras empresas o contratando más personal, las galaxias jóvenes posiblemente también pudieron crecer de dos formas distintas: fusionándose con otras galaxias o aumentando material por acreción.

El líder del equipo, Giovanni Cresci (Observatorio Astrofísico de Arcetri) dice: “Los nuevos resultados del VLT son la primera evidencia directa de que la acumulación de gas prístino realmente ocurrió y fue suficiente para alimentar una vigorosa formación de estrellas y el crecimiento de galaxias masivas en el Universo joven”. El descubrimiento tendrá un impacto importante sobre nuestra comprensión de la evolución del Universo, desde el Big Bang hasta nuestros días. Es posible que las teorías sobre formación y evolución de galaxias tengan que reescribirse.

El grupo empezó seleccionando tres galaxias muy distantes para ver si podían encontrar evidencia del flujo de gas prístino desde el espacio circundante y la formación de nuevas estrellas asociada a él. Fueron muy cuidadosos de asegurarse que sus galaxias de muestra no hubieran sido perturbadas por interacciones con otras galaxias. Las galaxias seleccionadas eran discos que rotaban tranquila y muy regularmente, similares a la Vía Láctea, y fueron vistos alrededor de dos mil millones de años después del Big Bang (en un corrimiento al rojo de alrededor de tres).

En las galaxias del Universo moderno, los elementos pesados [1] son más abundantes cerca del centro. Pero cuando el equipo de Cresci, empleando el espectrógrafo SINFONI en el VLT [2], trazó el mapa de las galaxias distantes seleccionadas, se entusiasmaron al ver que en los tres casos había un área de la galaxia cercana al centro con menos elementos pesados que presentaba una vigorosa formación de estrellas, lo que sugiere que el material que alimenta la formación de estrellas venía del gas prístino circundante, que es bajo en elementos pesados. Este fue el hecho que proporcionó la mejor evidencia hasta el momento de galaxias jóvenes acumulando gas primitivo y usándolo para formar nuevas generaciones de estrellas.

Tal como Cresci concluye: “Este estudio sólo ha sido posible gracias al extraordinario desempeño del instrumento SINFONI en el VLT. Abrió una nueva ventana para estudiar las propiedades químicas de galaxias muy distantes. SINFONI proporciona información no sólo en dos dimensiones espaciales, sino también en una tercera dimensión espectral, que nos permite ver los movimientos internos dentro de las galaxias y estudiar la composición química del gas interestelar”.
Notas

[1] El gas que llenaba el Universo primitivo era casi sólo hidrógeno y helio. Las primeras generaciones de estrellas procesaban este material primitivo para crear elementos más pesados tales como oxígeno, nitrógeno y carbón a través de la fusión nuclear. Cuando este material era posteriormente arrojado de vuelta al espacio por intensos vientos de partículas desde jóvenes estrellas masivas y explosiones de supernovas, la cantidad de elementos pesados en la galaxia gradualmente aumentó. Los astrónomos se refieren a los elementos que no son hidrógeno y helio como “elementos pesados”.

[2] Al separar cuidadosamente la débil luz de una galaxia en los colores que la componen a través del uso de poderosos telescopios y espectrógrafos, los astrónomos pueden identificar las huellas digitales de diferentes sustancias químicas en galaxias remotas y medir las cantidades de elementos pesados existentes. Con el instrumento SINFONI en el VLT, los astrónomos pueden avanzar otro paso y obtener un espectro separado para cada parte de un objeto. Esto les permite hacer un mapa que muestra la cantidad de elementos pesados presentes en diferentes partes de una galaxia y también determinar en qué parte de la galaxia hay una formación de estrellas más vigorosa.
Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo, Acreción de gas en galaxias distantes como origen de gradientes de abundancia química, por Cresci y otros, que será publicada el 14 de Octubre de 2010.

El equipo está compuesto por G. Cresci (Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia), F. Mannucci (Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia), R. Maiolino (INAF, Observatorio Astronómico de Roma, Italia), A. Marconi (Universidad de Florencia, Italia), A. Gnerucci (Universidad de Florencia, Italia) y L. Magrini (Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia).

ESO, el Observatorio Europeo Austral, es la principal organización astronómica intergubernamental en Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Es apoyado por 14 países: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. ESO desarrolla un ambicioso programa enfocado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también cumple un rol principal en promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera tres sitios únicos de observación de clase mundial en Chile: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronómico más grande en existencia. ESO está actualmente planificando un European Extremely Large Telescope, el E-ELT, telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 42 metros de diámetro, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo hacia el cielo”.

Fuente: ESO. Aportado por Eduardo J. Carletti

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