El Hubble encuentra galaxias masivas y tempranas “muertas”

Cuando el universo tenía unos 3.000 millones de años, solo el 20% de su edad actual, experimentó el período de nacimiento de estrellas más prolífico de su historia. Pero cuando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en el norte de Chile observaron los objetos cósmicos en este período, encontraron algo extraño: seis galaxias tempranas, masivas y “muertas” que se habían quedado sin hidrógeno frío, el gas necesario para crar estrellas.

Sin más combustible para la formación de estrellas, estas galaxias estaban literalmente vacías. Los hallazgos se publicaron en la revista Nature.

Estas imágenes se han obtenido con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Las imágenes bordeadas con un cuadro y amplificadas, muestran dos de las seis galaxias masivas y distantes, donde los científicos encontraron que la formación de estrellas ha cesado debido al agotamiento de una fuente de combustible: gas hidrógeno frío. El Hubble, junto con ALMA, encontraron estas extrañas galaxias cuando aumentaron sus capacidades utilizando una “lente natural” en el espacio, creada por cúmulos de galaxias masivas en primer plano. La gravedad de los cúmulos estira y amplifica la luz de las galaxias de fondo, en un efecto llamado lente gravitacional. Este fenómeno permite a los astrónomos utilizar cúmulos de galaxias masivas como lupas naturales para estudiar detalles en las galaxias distantes que de otro modo serían imposibles de ver. El amarillo traza el brillo de la luz de las estrellas. El color púrpura artificial traza el polvo frío de las observaciones de ALMA. Este polvo frío se utiliza como sustituto del gas hidrógeno frío necesario para la formación de estrellas. Incluso con la sensibilidad de ALMA, los científicos no detectan polvo en la mayoría de las seis galaxias. Un ejemplo es MRG-M1341, en la parte superior derecha. Parece distorsionada por los efectos ópticos deformantes de las lentes. Por el contrario, la mancha púrpura a la izquierda de la galaxia es un ejemplo de una galaxia rica en polvo y gas. Un ejemplo de la detección de polvo frío que hizo ALMA, es la galaxia MRG-M2129 en la parte inferior derecha. La galaxia solo tiene polvo y gas en el centro. Esto sugiere que la formación de estrellas puede haberse cerrado desde las afueras hacia adentro.
Créditos: procesamiento de imágenes por Joseph DePasquale (STScI).

“En este momento de nuestro universo, todas las galaxias deberían estar formando muchas estrellas. Es la época de máxima formación de estrellas”, explicó la autora principal Kate Whitaker, profesora asistente de astronomía en la Universidad de Massachusetts, Amherst. Whitaker también es profesora asociada en el Cosmic Dawn Center, en Copenhague, Dinamarca. “Entonces, ¿qué pasó con todo el gas frío en estas galaxias, tan pronto?”

Este estudio es un ejemplo clásico de la armonía entre las observaciones de Hubble y ALMA. El Hubble señaló en qué lugar de las galaxias existen las estrellas, mostrando dónde se formaron en el pasado. Al detectar el polvo frío que sirve como fuente del gas hidrógeno frío, ALMA mostró a los astrónomos dónde podrían formarse estrellas en el futuro, si hubiera suficiente combustible.

Usando telescopios de la naturaleza

El estudio de estas galaxias tempranas distantes y muertas fue parte del programa REQUIEM, Resolving QUIEscent Magnified Galaxies At High Redshift (el desplazamiento al rojo ocurre cuando la luz se estira por la expansión del espacio y parece desplazada hacia la parte roja del espectro. Cuanto más lejos está una galaxia con respecto al observador, más roja parece).

El equipo de REQUIEM utiliza cúmulos de galaxias en primer plano, extremadamente masivos, como telescopios naturales. La inmensa gravedad de un cúmulo de galaxias deforma el espacio, doblando y ampliando la luz de los objetos del fondo. Cuando una galaxia temprana, masiva y muy distante se ubica detrás de un cúmulo de este tipo, parece muy estirada y ampliada, lo que permite a los astrónomos estudiar detalles que de otro modo serían imposibles de observar. A esto se le llama “lente gravitacional fuerte”.

Solo combinando la exquisita resolución de Hubble y ALMA con esta potente lente, el equipo de REQUIEM pudo comprender la formación de estas seis galaxias, que aparecen como lo hicieron solo unos pocos miles de millones de años después del Big Bang.

“Mediante el uso de lentes gravitacionales fuertes como telescopios naturales, podemos encontrar las galaxias distantes, más masivas y las primeras en detener su formación estelar”, dijo Whitaker.

“REQUIEM reunió la muestra más grande hasta la fecha de estas galaxias muertas, raras y con lentes fuertes en el universo temprano, y la clave aquí es la lente fuerte”, dijo Mohammad Akhshik, investigador principal del programa de observación del Hubble. “Amplifica la luz en todas las longitudes de onda para que sea más fácil de detectar, y también obtienes una mayor resolución espacial cuando tienes estas galaxias extendidas por el cielo. Básicamente, puedes ver dentro de ellas a escalas físicas mucho más finas, con lo que puedes descubrir qué está sucediendo.”

Viven rápido, mueren pronto

Este tipo de galaxias muertas no parecen rejuvenecer, incluso a través de posteriores fusiones menores y acumulaciones de pequeñas galaxias y gases cercanos. Engullir cosas a su alrededor en general simplemente “hincha” las galaxias. Si la formación de estrellas vuelve a encenderse, Whitaker lo describió como “una especie de glaseado”. Aproximadamente 11 mil millones de años después, en el universo actual, se cree que estas galaxias anteriormente compactas han evolucionado para ser más grandes, pero aún están muertas en términos de cualquier nueva formación estelar.

Estas seis galaxias vivieron vidas rápidas e impetuosas, creando sus estrellas en un tiempo notablemente corto. El motivo por el que acabaron con la formación estelar tan pronto, sigue siendo un enigma.

Whitaker propone varias explicaciones posibles: “¿Se creó un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia y calentó todo el gas? Si es así, el gas podría estar todavía allí, pero ahora estaría caliente. O podría haber sido expulsado y ahora está impidiendo que se acumule de nuevo en la galaxia. ¿O la galaxia simplemente lo usó todo y se cortó el suministro? Estas son algunas de las preguntas abiertas que continuaremos explorando con nuevas observaciones en el futuro”.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.