La verdadera naturaleza de las galaxias oscuras en el cosmos primitivo

Seis vistas diferentes de la misma galaxia (ID12646), vista menos de mil millones de años después del Big Bang, en longitudes de onda progresivamente más largas. - SHUOWEN JIN / PETER LAURSEN

   MADRID, 11 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Usando radiotelescopios en todo el mundo, astrónomos han descubierto varias galaxias en el universo primitivo que, debido a las enormes cantidades de polvo, estaban ocultas a nuestra vista.

   Las observaciones permitieron al equipo del Cosmic Dawn Center de la Universidad de Copenhague medir la temperatura y el espesor del polvo, demostrando que este tipo de galaxias contribuyeron significativamente a la formación total de estrellas cuando el universo tenía solo 1/10 de su edad actual.

   Medir la velocidad a la que nacen las estrellas en las galaxias a lo largo del tiempo cósmico es una de las formas fundamentales en que los astrónomos describen las propiedades y la evolución de las galaxias.

   Se utilizan varios métodos para estimar esta llamada tasa de formación estelar, que generalmente depende de la luz emitida por las estrellas o por la materia iluminada por las estrellas.

   Sin embargo, las estrellas que se forman tienden, a su vez, a crear polvo, partículas compuestas de elementos pesados como el carbono, el silicio, el oxígeno y el hierro. El polvo aparece como nubes espesas en el espacio entre las estrellas, posiblemente ocultándolas por completo de nuestros ojos.

   Esto hace que sea difícil obtener un censo de la tasa de formación estelar, especialmente en las galaxias jóvenes con "estallido estelar", donde el polvo aún no ha tenido tiempo de dispersarse lejos de los sitios compactos de formación estelar.

   A medida que el polvo es calentado por las estrellas, comienza a brillar en luz infrarroja de longitud de onda larga que, aunque invisible para el ojo humano, puede ser detectada por telescopios diseñados para observar estas longitudes de onda.

   Pero para los estallidos estelares más compactos y envueltos en polvo, solo vemos la superficie de las nubes. Estas galaxias son invisibles no solo en las longitudes de onda ópticas "humanamente perceptibles", sino también en el comienzo del espectro infrarrojo, completamente oscuro incluso para el Telescopio Espacial Hubble.

   Un equipo de astrónomos, dirigido por Shuowen Jin, becario postdoctoral Marie Curie en el Cosmic Dawn Center, decidió echar un vistazo al universo primitivo en longitudes de onda aún más largas, utilizando las antenas de radio/microondas en dos de los radioobservatorios más grandes del mundo, el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) en Chile y el Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia.

   Junto con las observaciones del mismo campo en el cielo adquiridas con otros radiotelescopios, las observaciones de Jin revelaron una población de galaxias estelares compactas, envueltas en nubes de polvo extremadamente gruesas.

   Las observaciones de radio y microondas permitieron a los astrónomos medir la tasa de formación de estrellas y la temperatura del polvo.

   "En estas épocas, 1.000 a 2.000 millones de años después del Big Bang, galaxias como estas contribuyeron significativamente a la tasa total de formación estelar del universo, pero pasan desapercibidas en las observaciones ópticas y del infrarrojo cercano", dice Shuowen Jin en un comunicado.

   El estudio explica por qué estas galaxias son tan oscuras en óptica e infrarrojo: "Debido a que las nubes de polvo son tan espesas y densas, la luz óptica e infrarroja cercana no puede atravesarlas. Incluso la luz infrarroja lejana se absorbe parcialmente", explica Shuowen Jin.

   Las observaciones revelan no solo polvo, sino también moléculas de monóxido (CO), mezcladas dentro de las nubes. La luz emitida por el CO puede ayudar a los astrónomos a investigar otra cantidad importante de galaxias, a saber, la masa de todo el gas de la galaxia. Sin embargo, uno de los resultados clave del trabajo de Jin y sus colaboradores es que la forma estándar de inferir masas de gas a partir de la emisión de CO es errónea.

   La luz observada se emite desde la superficie de las nubes de polvo. Los modelos típicos no consideran que la luz se bloquee dentro de las nubes, cambiando su longitud de onda antes de escapar. Tener en cuenta este efecto tiene implicaciones bastante drásticas.

   "Nuestro modelo explica el hecho de que incluso la luz infrarroja no escapa directamente del centro de las nubes de polvo. Esto nos muestra que las estimaciones previas de las masas de gas han sido sobreestimadas por un factor de 2-3 en partículas estelares compactas y polvorientas formando galaxias", explica Shuowen Jin.

   El estudio acaba de ser aceptado para su publicación en Astronomy & Astrophysics. Una preimpresión está disponible en arXiv.org.