Crédito de imagen: PPARC
Hasta ahora, los astrónomos no habían podido encontrar muchos datos sobre lo que sucedió en una fase temprana de la evolución del Universo, cuando se pensaba que las estrellas se formaron. Pero una nueva investigación, realizada por astrónomos utilizando el observatorio Gemini en Chile, ha revelado varias galaxias hace 8 a 11 mil millones de años que están más completamente formadas de lo esperado. Pensaron que verían protogalaxias chocando entre sí, pero en cambio encontraron galaxias muy maduras. Es posible que los agujeros negros fueran mucho más comunes en el Universo temprano y sirvieran como anclas para formar galaxias rápidamente.
Hasta ahora, los astrónomos han estado casi ciegos al mirar atrás en el tiempo para estudiar una era en la que se esperaba que se formaran la mayoría de las estrellas del Universo. Este punto ciego cosmológico crítico ha sido eliminado por un equipo, incluido un científico del Reino Unido, utilizando el Telescopio Norte Frederick C. Gillett Gemini, que muestra que muchas galaxias en el Universo joven no se comportan como se esperaba hace unos 8-11 mil millones de años.
La sorpresa: estas galaxias parecen estar más formadas y maduras de lo esperado en esta etapa temprana de la evolución del Universo. Este hallazgo es similar al de un maestro que entra a un salón de clases esperando saludar a una sala llena de adolescentes rebeldes y encontrar adultos jóvenes bien arreglados.
"La teoría nos dice que esta época debería estar dominada por pequeñas galaxias que se estrellan juntas", dijo el Dr. Roberto Abraham (Universidad de Toronto), quien es uno de los principales investigadores del equipo que realiza las observaciones en Gemini. “Estamos viendo que una gran fracción de las estrellas en el Universo ya estaban en su lugar cuando el Universo era bastante joven, lo cual no debería ser el caso. Esta visión en el tiempo muestra claramente que necesitamos repensar lo que sucedió durante esta época temprana de la evolución galáctica. ¡Los teóricos definitivamente tendrán algo para roer!
Los resultados se anunciaron hoy en la 203ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Atlanta, Georgia. Los datos pronto se darán a conocer a toda la comunidad astronómica para su posterior análisis, y cuatro documentos están a punto de completarse para su publicación en The Astrophysical Journal y The Astronomical Journal.
La Dra. Isobel Hook, líder del Grupo de Apoyo Gemini del Reino Unido, con sede en la Universidad de Oxford, es miembro del equipo multinacional Gemini Deep Deep Survey (GDDS) que realizó la investigación. Ella explica cómo funciona la técnica. El equipo utilizó una técnica especial para capturar la luz galáctica más débil diseccionada en el arco iris de colores llamada espectro. En total, se recolectaron espectros de más de 300 galaxias, la mayoría de las cuales se encuentran dentro de lo que se llama el "Desierto Redshift", un período relativamente inexplorado del Universo visto por telescopios que se remontan a una era cuando el universo tenía solo 3-6 mil millones de años. antiguo.
Ella agrega: Estos espectros representan la muestra más completa jamás obtenida de galaxias en el Desierto Redshift. Al obtener grandes cantidades de datos de cuatro campos ampliamente separados, esta encuesta proporciona la base estadística para extraer conclusiones que han sido sospechadas por observaciones anteriores realizadas por el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio Keck, el Telescopio Subaru y el Telescopio Muy Grande durante la última década.
Estudiar las débiles galaxias en esta época cuando el Universo tenía solo el 20-40% de su edad actual presenta un desafío desalentador para los astrónomos, incluso cuando se usa la capacidad de captación de luz de un telescopio muy grande como Gemini North con su espejo de 8 metros. Todos los estudios previos de galaxias en este reino se han centrado en las galaxias donde se produce una intensa formación de estrellas, lo que facilita la obtención de espectros pero produce una muestra sesgada. El GDDS pudo seleccionar una muestra más representativa, incluidas aquellas galaxias que contienen la mayor cantidad de estrellas normales, más tenues y más masivas que exigen técnicas especiales para extraer un espectro de su luz tenue.
“Los datos de Gemini son la encuesta más completa que se haya realizado que cubra la mayor parte de las galaxias que representan condiciones en el Universo temprano. Estas son las galaxias masivas que en realidad son más difíciles de estudiar debido a su falta de luz energética de la formación de estrellas. Estas galaxias altamente desarrolladas, cuya juventud en formación estelar se ha ido hace mucho tiempo, simplemente no deberían estar allí, sino que están ", dijo el investigador co-principal, el Dr. Karl Glazebrook (Universidad Johns Hopkins).
Los astrónomos que intentan comprender este problema podrían tener que poner todo sobre la mesa. "No está claro si necesitamos ajustar los modelos existentes o desarrollar uno nuevo para comprender este hallazgo", dijo el tercer investigador co-principal de la encuesta, el Dr. Patrick McCarthy (Observatorios de la Institución Carnegie). "Es bastante obvio a partir de los espectros de Géminis que estas son de hecho galaxias muy maduras, y no estamos viendo los efectos de oscurecer el polvo". Obviamente, hay algunos aspectos importantes sobre las primeras vidas de las galaxias que simplemente no entendemos. Incluso es posible que los agujeros negros hayan sido mucho más omnipresentes de lo que pensábamos en el Universo temprano y que desempeñaron un papel más importante en la siembra de la formación de galaxias temprana ".
Podría decirse que la teoría dominante de la evolución galáctica postula que la población de galaxias en esta etapa temprana debería haber estado dominada por bloques de construcción evolutivos. Conocido acertadamente como el Modelo jerárquico, predice que las galaxias normales a grandes, como las estudiadas en este trabajo, aún no existirían y se estarían formando a partir de colmenas locales de actividad donde crecieron las grandes galaxias. El GDDS revela que este podría no ser el caso.
Los espectros de esta encuesta también se utilizaron para determinar la contaminación del gas interestelar por elementos pesados (llamados "metales") producidos por las estrellas. Este es un indicador clave de la historia de la evolución estelar en las galaxias. Sandra Savaglio (Universidad Johns Hopkins), que estudió este aspecto de la investigación, dijo: “Nuestra interpretación del Universo está fuertemente afectada por la forma en que lo observamos. Debido a que el GDDS observó galaxias muy débiles, pudimos detectar el gas interestelar incluso si está parcialmente oscurecido por la presencia de polvo. Al estudiar la composición química del gas interestelar, descubrimos que las galaxias en nuestra encuesta son más ricas en metales de lo esperado ".
El astrónomo de Caltech, Dr. Richard Ellis, comentó: “El Gemini Deep Deep Survey representa un logro muy significativo, tanto técnica como científicamente. La encuesta ha proporcionado un nuevo y valioso censo de galaxias durante un período clave en la historia cósmica, uno que ha sido difícil de estudiar hasta ahora, particularmente para el componente inactivo de la población de galaxias ".
Hacer observaciones en el desierto de Redshift ha frustrado a los astrónomos modernos durante la última década. Si bien los astrónomos han sabido que deben existir muchas galaxias en el Desierto Redshift, es solo un "desierto" porque no pudimos obtener buenos espectros de muchas de ellas. El problema radica en el hecho de que las características espectroscópicas clave utilizadas para estudiar estas galaxias se han desplazado hacia el rojo debido a la expansión del Universo en una parte del espectro óptico que corresponde a un brillo tenue, natural y oscuro en la atmósfera nocturna de la Tierra.
Para superar este problema, se utilizó una técnica sofisticada llamada "Nod and Shuffle" en el telescopio Gemini. “La técnica Nod and Shuffle nos permite eliminar el tenue resplandor natural del cielo nocturno para revelar los tenues espectros de las galaxias debajo de él. Estas galaxias son más de 300 veces más débiles que este resplandor del cielo ”, explica la Dra. Kathy Roth, astrónoma de Gemini que también formó parte del equipo y obtuvo gran parte de los datos. "Ha demostrado ser una forma extremadamente efectiva de reducir radicalmente el" ruido "o los niveles de contaminación que se encuentran en la señal de un detector de luz electrónico".
Cada observación duró el equivalente de aproximadamente 30 horas y produjo casi 100 espectros simultáneamente. Todo el proyecto requirió más de 120 horas totales de tiempo de telescopio. "Este es un tiempo valioso en el cielo, pero cuando consideras que nos ha permitido ayudar a llenar un vacío crucial del 20% en nuestra comprensión del Universo, fue un tiempo bien invertido", agrega el Dr. Glazebrook, quien desarrolló el uso de Nod and Shuffle con Joss Hawthorn para débiles observaciones de galaxias mientras estaba en el Observatorio Anglo-Australiano hace unos años.
Estudios previos en el Desierto Redshift se han concentrado en galaxias que no eran necesariamente representativas de los sistemas convencionales. Para este estudio, las galaxias se seleccionaron cuidadosamente en base a los datos del Estudio Infrarrojo de Las Campanas para asegurar que las galaxias de estallido estelar de emisión ultravioleta no se muestren en exceso. "Este estudio es único en que pudimos estudiar el extremo rojo del espectro, y esto nos informa sobre las edades de las viejas estrellas", dice el Dr. Abraham. “Realizamos exposiciones increíblemente largas con Geminia unas diez veces más que las exposiciones típicas. Esto nos permite ver galaxias mucho más débiles de lo que suele ser el caso, y enfocarnos en la mayor parte de las estrellas, en lugar de solo las llamativas y jóvenes. Esto nos hace mucho más fácil determinar cómo evolucionan las galaxias. Ya no lo estamos adivinando al estudiar objetos jóvenes y asumir que los objetos viejos no contribuyeron mucho a la historia de la evolución de las galaxias. Resulta que hay muchas galaxias antiguas por ahí, pero son realmente difíciles de encontrar ".
Fuente original: Comunicado de prensa de PPARC
