Astrofísicos descubren los secretos de la formación de galaxias masivas

Es a la vez humilde e inspirador pensar en lo mucho que queda por descubrir sobre el Universo. Mis colaboradores y yo hemos abordado recientemente uno de los misterios más antiguos de la astrofísica: cómo se forman las galaxias elípticas masivas.

Por primera vez, disponemos de pruebas observacionales sólidas para responder a esta pregunta, como se detalla en nuestro estudio publicado recientemente en Nature.

Dos tipos de galaxias

En el Universo actual, las galaxias se dividen en dos categorías principales. Las galaxias espirales, como nuestra Vía Láctea, son ricas en gas y forman estrellas activamente en un disco giratorio. Por otro lado, las galaxias elípticas son grandes estructuras esféricas parecidas a pelotas de rugby. Estas galaxias ya no producen nuevas estrellas, albergando principalmente estrellas formadas hace más de 10.000 millones de años.

Explicar cómo evolucionaron las galaxias elípticas desde discos planos y giratorios hasta su forma tridimensional actual ha supuesto un reto para los modelos cosmológicos. Durante la época en que se formaron estas galaxias, hace unos 10.000 o 12.000 millones de años, se pensaba que la formación estelar tenía lugar dentro de grandes discos giratorios. Esto plantea una cuestión crítica: ¿cómo se transformaron estas galaxias planas en las elípticas esféricas que vemos hoy en día?

A partir de las observaciones de ALMA

Gracias a los datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hemos identificado los lugares de nacimiento de las galaxias elípticas gigantes. Contrariamente a lo esperado, descubrimos que las galaxias elípticas se formaron a través de episodios intensos y de corta duración de formación estelar a principios de la historia del Universo, en lugar de comenzar como discos giratorios que más tarde evolucionaron hacia formas elípticas.

Nuestra investigación analizó la distribución del polvo en más de 100 galaxias lejanas, activas cuando el Universo tenía entre 2.200 y 5.900 millones de años. El polvo actúa como marcador del gas -la materia prima para la formación de estrellas-, lo que nos permite estudiar las regiones de formación estelar en estas galaxias.

Mediante una innovadora técnica de observación, descubrimos que el polvo de estas galaxias era increíblemente compacto, a diferencia de la estructura de las galaxias planas con forma de disco. La geometría tridimensional de estas regiones de polvo indicaba que las primeras galaxias con formación estelar ya eran esféricas, muy parecidas a las galaxias elípticas actuales.

Para comprender los procesos físicos subyacentes, utilizamos simulaciones cosmológicas por ordenador. Éstas revelaron que las corrientes de gas frío procedentes de las galaxias circundantes, combinadas con interacciones y fusiones, impulsaron el gas y el polvo hacia densos núcleos en los centros de estas primeras galaxias. Este mecanismo impulsó la rápida formación de estrellas y dio lugar a las formas compactas y esféricas observadas.

Este proceso, común en el Universo primitivo, explica la rápida formación de galaxias elípticas y añade una pieza crucial al rompecabezas de la evolución de las galaxias.

Un gran avance en las técnicas de observación

Nuestros hallazgos han sido posibles gracias a un novedoso método de análisis de los datos de ALMA. A diferencia de los telescopios ópticos tradicionales, ALMA utiliza interferometría -combinando señales de múltiples antenas para producir imágenes nítidas de galaxias distantes. Esta técnica avanzada nos permitió medir la distribución de polvo con una precisión sin precedentes, mejorando significativamente los métodos anteriores.

Nos basamos en datos de archivo de ALMA, de libre acceso, recogidos a lo largo de varios años. Esto subraya el poder de los datos abiertos y la colaboración internacional para impulsar el progreso científico.

¿Y ahora qué?

Futuras observaciones con el telescopio espacial James Webb (JWST) y el telescopio espacial Euclid cartografiarán la distribución de las estrellas en los lejanos ancestros de las galaxias elípticas. El Telescopio Extremadamente Grande, con su espejo de 39 metros, ofrecerá detalles sin precedentes de los núcleos de formación estelar en estas galaxias.

Además, observaciones más precisas de la dinámica del gas con ALMA y el Very Large Telescope arrojarán luz sobre cómo el gas fluye hacia los centros de las galaxias, alimentando la formación estelar y dando forma a las galaxias que vemos hoy en día. Estos avances profundizarán nuestra comprensión de los orígenes y la evolución de las galaxias más grandes del Universo.

Read Original Article: Science Alert

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