Agencias / InsurgentePress, Ciudad de México.- Los astrónomos creían que las primeras galaxias, aquellas que se formaron unos cientos de millones de años después del Big Bang, tendrían muchas similitudes con las galaxias enanas que vemos hoy en el Universo cercano. Estas aglomeraciones de estrellas luego conformarían las galaxias más grandes que, transcurridos los primeros miles de millones de años, terminarían dominando el Universo.
Sin embargo, las observaciones realizadas recientemente por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, revelaron sorprendentes ejemplares de galaxias masivas llenas de estrellas correspondientes a una época en que el Cosmos tenía menos de mil millones de años. Estos hallazgos sugieren que los componentes galácticos pudieron unirse bastante rápido para formar galaxias más grandes.
De las observaciones más recientes de ALMA se infiere que esta época de formación de galaxias masivas se remonta a tiempos aún más lejanos, cuando el Universo tenía tan solo 780 millones de años, o cerca de un 5 % de su edad actual. ALMA también reveló que estas galaxias excepcionalmente grandes están contenidas en una estructura cósmica aún más grande: un halo de materia oscura con una masa equivalente a la de varios billones de soles.
Las dos galaxias están tan cerca (menos de la distancia que hay entre la Tierra y el centro de nuestra galaxia) que pronto se fusionarán y formarán la galaxia más grande que se haya observado en ese período de la historia cósmica. El hallazgo aporta nuevos detalles sobre el nacimiento de grandes galaxias y el papel que desempeña la materia oscura en la formación de las estructuras más masivas del Universo.
Así, los astrónomos observan estas galaxias durante un período de la historia cósmica conocida como era de la reionización, cuando la mayor parte del espacio intergaláctico estaba envuelto en una oscura niebla de gas de hidrógeno frío. A medida que se formaron más estrellas y galaxias, su energía fue ionizando el hidrógeno presente entre las galaxias y revelando el Universo que vemos hoy.
Las galaxias estudiadas por Marrone y su equipo, conocidas colectivamente como SPT0311-58, en un principio habían sido identificadas como una única fuente por el Telescopio del Polo Sur de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. En ese entonces, las observaciones habían revelado que era un objeto muy distante y brillante en la luz infrarroja, lo cual significaba que contenía mucho polvo y probablemente estaba experimentando un brote de formación estelar. Posteriormente, las observaciones realizadas con ALMA permitieron determinar la distancia del objeto y resolver con precisión el par de galaxias en interacción.
Para realizar esa observación, ALMA se benefició del efecto de un lente gravitacional, que potenció la capacidad de observación del telescopio. Los lentes gravitacionales se forman cuando un objeto masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, se interpone y curva la luz de galaxias más distantes. Ahora bien, este fenómeno distorsiona la apariencia del objeto estudiado, por lo que requiere la aplicación de sofisticados modelos informáticos para reconstituir la imagen y verla sin distorsión.
Este proceso de deconvolución reveló detalles intrigantes de las galaxias, como el hecho de que en la más grande se están formando estrellas a razón de 2.900 masas solares por año, o que contiene cerca de 270.000 millones de veces la masa de nuestro Sol en puro gas y unos 3.000 millones de veces la masa solar en polvo. “Es una cantidad enorme de polvo, considerando lo joven que es este sistema”, comenta Justin Spilker, doctorado hace poco por la Universidad de Arizona y ahora investigador de posdoctorado de la Universidad de Texas en Austin.
Los astrónomos sostienen que el acelerado proceso de formación estelar en esta galaxia probablemente fue gatillado por un encuentro cercano con su pareja, que es un poco más pequeña, pero ya alberga cerca de 35.000 millones de masas solares en estrellas y está aumentando su tasa de formación estelar a un ritmo vertiginoso de 540 masas solares por año.
Según los modelos por ordenador, las primeras galaxias se formaron en enormes regiones de materia oscura, pero sus tempranos halos de materia oscura eran pequeños. El estudio mediante el efecto de lente gravitacional del objeto SPT0311−58, con z = 6,900, fechado en 780 millones de años tras el big bang, muestra un halo de materia oscura de más de 100 millardos de masas solares. Este objeto muestra la colisión entre dos galaxias con una extrema tasa de formación estelar: 2900 ± 1800 y 540 ± 175 masas solares por año. El enorme halo de materia oscura observado se considera excepcional para galaxias tan tempranas.
La galaxia más grande (SPT0311−58 W) tiene 270 ± 170 millardos de masas solares de gas y 2,5 ± 1,6 millardos de masas solares de polvo. La otra galaxia (SPT0311−58 E) tiene 35 ± 20 millardos de masas solares de gas y 0,4 ± 0,2 millardos de masas solares de polvo. Las galaxias tempranas nacen en el centro de grandes regiones de materia oscura, pero la materia oscura no se acumula a su alrededor formando los halos hasta mucho más tarde; primero, se concentra la materia bariónica y luego se concentra la materia oscura. Por ello encontrar un halo de materia oscura con una masa similar a la materia bariónica en galaxias tan tempranas es toda una sorpresa.
Estimar la masa del halo de materia oscura de objetos tan tempranos como SPT0311−58 es muy difícil y su incertidumbre es grande. En el nuevo artículo se han usado varios métodos para estimarlo que ofrecen un valor compatible entre sí. Por supuesto, en estas estimaciones se asume el modelo cosmológico de consenso ΛCDM. Aún así, la masa estimada, unos 100 mil millones de masas solares, se considera una cota mínima conservativa a la masa de dicho halo. Futuros estimaciones casi seguro que ofrecerán un valor aún más grande.
