Las teorías actuales de la formación de galaxias se basan en la fusión jerárquica de entidades más pequeñas en estructuras cada vez más grandes, comenzando desde aproximadamente el tamaño de un cúmulo globular estelar y terminando en cúmulos de galaxias. Según este escenario, se supone que no existían galaxias masivas en el universo joven.
Sin embargo, esta vista ahora puede tener que ser revisada. Utilizando el instrumento multimodo FORS2 en el Very Large Telescope en Paranal, un equipo de astrónomos italianos ha identificado cuatro galaxias remotas, varias veces más masivas que la galaxia de la Vía Láctea, o tan masivas como las galaxias más pesadas del universo actual. Esas galaxias deben haberse formado cuando el Universo tenía solo unos 2,000 millones de años, es decir, hace unos 12,000 millones de años.
Los objetos recién descubiertos pueden ser miembros de una población de antiguas galaxias masivas no detectadas hasta ahora.
La existencia de tales sistemas muestra que la acumulación de galaxias elípticas masivas fue mucho más rápida en el Universo temprano de lo que se esperaba de la teoría actual.
Fusión jerárquica
Las galaxias son como islas en el Universo, hechas de estrellas y nubes de polvo y gas. Vienen en diferentes tamaños y formas. Los astrónomos generalmente distinguen entre galaxias espirales, como nuestra propia Vía Láctea, NGC 1232 o la famosa galaxia de Andrómeda, y galaxias elípticas, estas últimas contienen principalmente estrellas viejas y tienen muy poco polvo o gas. Algunas galaxias son intermedias entre espirales y elípticas y se conocen como galaxias lenticulares o esferoidales.
Las galaxias no solo tienen una forma distinta, sino que también varían en tamaño: algunas pueden ser tan "ligeras" como un cúmulo globular estelar en nuestra Vía Láctea (es decir, contienen aproximadamente el equivalente de unos pocos millones de soles), mientras que otras pueden ser más masivas que un millón de soles Actualmente, más de la mitad de las estrellas en el Universo están ubicadas en galaxias esferoidales masivas.
Una de las principales preguntas abiertas de la astrofísica moderna y la cosmología es cómo y cuándo se formaron y evolucionaron las galaxias a partir del gas primordial que llenó el Universo primitivo. En la teoría actual más popular, las galaxias en el Universo local son el resultado de un proceso relativamente lento donde las galaxias pequeñas y menos masivas se fusionan para construir gradualmente galaxias más grandes y más masivas. En este escenario, denominado "fusión jerárquica", el Universo joven estaba poblado por pequeñas galaxias con poca masa, mientras que el Universo actual contiene galaxias grandes, viejas y masivas, las últimas en formarse en la etapa final de un lento proceso de ensamblaje.
Si este escenario fuera cierto, entonces uno no debería ser capaz de encontrar galaxias elípticas masivas en el universo joven. O, en otras palabras, debido a la velocidad finita de la luz, no debería haber galaxias masivas tan lejos de nosotros. Y, de hecho, hasta ahora no se conocía una galaxia elíptica antigua más allá de una radiogalaxia con desplazamiento al rojo 1.55 que se descubrió hace casi diez años.
La encuesta K20
Para comprender mejor el proceso de formación de galaxias y verificar si el escenario de fusión jerárquica es válido, un equipo de astrónomos italianos y de ESO utilizó el Very Large Telescope de ESO como una "máquina del tiempo" para buscar galaxias elípticas muy remotas. Sin embargo, esto no es trivial. Las galaxias elípticas distantes, con su contenido de estrellas viejas y rojas, deben ser objetos muy débiles, de hecho, a longitudes de onda ópticas, ya que la mayor parte de su luz se desplaza hacia el rojo hacia la parte infrarroja del espectro. Las galaxias elípticas remotas se encuentran entre los objetivos de observación más difíciles incluso para los telescopios más grandes; Esta es también la razón por la que el registro de desplazamiento hacia el rojo de 1,55 ha persistido durante tanto tiempo.
Pero este desafío no detuvo a los investigadores. Obtuvieron una espectroscopía óptica profunda con el instrumento FORS2 multimodo en el VLT para una muestra de 546 objetos débiles encontrados en un área del cielo de 52 arcmin2 (o aproximadamente una décima parte del área de la Luna Llena) conocida como el campo K20, y que se superpone parcialmente con el área de BIENES-Sur. Su perseverancia valió la pena y fueron recompensados por el descubrimiento de cuatro galaxias antiguas y masivas con desplazamientos al rojo entre 1.6 y 1.9. Estas galaxias se ven cuando el Universo tenía solo un 25% de su edad actual de 13,700 millones de años.
Para una de las galaxias, el equipo K20 se benefició también de la base de datos de espectros disponibles públicamente en el área GOODS-South tomada por el equipo ESO / GOODS.
Una nueva población de galaxias.
Las galaxias recién descubiertas se ven así cuando el Universo tenía unos 3.500 millones de años, es decir, hace 10.000 millones de años. Pero a partir de los espectros tomados, parece que estas galaxias contienen estrellas con edades entre 1,000 y 2,000 millones de años. Esto implica que las galaxias deben haberse formado en consecuencia antes, y que deben haber completado esencialmente su ensamblaje en un momento en que el Universo tenía solo entre 1.500 y 2.500 millones de años.
Las galaxias parecen tener masas superiores a cien mil millones de masas solares y, por lo tanto, son de tamaños similares a las galaxias más masivas del Universo actual. Las imágenes complementarias tomadas dentro de la encuesta GOODS ("The Great Observatories Origins Deep Survey") del Hubble Space Telescope muestran que estas galaxias tienen estructuras y formas más o menos idénticas a las de las galaxias elípticas masivas actuales.
Por lo tanto, las nuevas observaciones han revelado una nueva población de galaxias muy antiguas y masivas.
La existencia de tales galaxias esferoidales masivas y antiguas en el Universo temprano muestra que el ensamblaje de las galaxias elípticas masivas actuales comenzó mucho antes y fue mucho más rápido de lo previsto por la teoría de fusión jerárquica. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Italia), líder del equipo, dice: "Nuestro nuevo estudio ahora plantea preguntas fundamentales sobre nuestra comprensión y conocimiento de los procesos que regulan la génesis y la historia evolutiva del Universo y sus estructuras".
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
