Crédito de imagen: Hubble
Un equipo internacional de astrónomos ha reunido evidencia de que las galaxias se formaron muy rápidamente después del Big Bang. Esto significa que solo tienen 1.500 millones de años, una época en que el Universo tenía solo el 10% de su edad actual. Se cree que estos grupos se formaron tan rápido porque estas áreas eran increíblemente densas con material.
Mirando hacia atrás en el tiempo hace casi 9 mil millones de años, un equipo internacional de astrónomos encontró galaxias maduras en un universo joven. Las galaxias son miembros de un grupo de galaxias que existían cuando el universo tenía solo 5 mil millones de años, o alrededor del 35 por ciento de su edad actual. Esta evidencia convincente de que las galaxias deben haber comenzado a formarse justo después del Big Bang fue reforzada por las observaciones realizadas por el mismo equipo de astrónomos cuando se asomaron aún más atrás en el tiempo. El equipo encontró galaxias embrionarias apenas 1,5 mil millones de años después del nacimiento del cosmos, o el 10 por ciento de la edad actual del universo. Las "galaxias bebés" residen en un cúmulo aún en desarrollo, el proto-cúmulo más distante jamás encontrado.
La cámara avanzada para encuestas (ACS) a bordo del telescopio espacial Hubble de la NASA se utilizó para hacer observaciones del grupo masivo, RDCS 1252.9-2927, y el proto-grupo, TN J1338-1942. Las observaciones del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA arrojaron el contenido de elementos pesados y pesados del RDCS 1252, el grupo más masivo conocido para esa época. Estas observaciones son parte de un esfuerzo coordinado del equipo científico de ACS para rastrear la formación y evolución de los cúmulos de galaxias en un amplio rango de tiempo cósmico. El ACS fue construido especialmente para el estudio de objetos tan distantes.
Estos hallazgos respaldan aún más las observaciones y teorías de que las galaxias se formaron relativamente temprano en la historia del cosmos. La existencia de tales grupos masivos en el universo temprano está de acuerdo con un modelo cosmológico en el que los grupos se forman a partir de la fusión de muchos subgrupos en un universo dominado por la materia oscura fría. Sin embargo, todavía se desconoce la naturaleza precisa de la materia oscura fría.
El primer estudio del Hubble estimó que las galaxias en RDCS 1252 formaron la mayor parte de sus estrellas hace más de 11 mil millones de años (en desplazamientos al rojo mayores a 3). Los resultados se publicaron en la edición del 20 de octubre de 2003 del Astrophysical Journal. El autor principal del artículo es John Blakeslee, de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.
El segundo estudio del Hubble descubrió, por primera vez, un proto-cúmulo de "galaxias infantiles" que existió hace más de 12 mil millones de años (en el desplazamiento al rojo 4.1). Estas galaxias son tan jóvenes que los astrónomos aún pueden ver una ráfaga de estrellas formándose dentro de ellas. Las galaxias se agrupan alrededor de una gran galaxia. Estos resultados se publicarán en la edición del 1 de enero de 2004 de Nature. El autor principal del artículo es George Miley del Observatorio Leiden en los Países Bajos.
"Hasta hace poco, la gente no pensaba que existieran grupos cuando el universo tenía solo unos 5 mil millones de años", explicó Blakeslee.
"Incluso si hubiera tales grupos", agregó Miley, "hasta hace poco los astrónomos pensaban que era casi imposible encontrar grupos que existieran hace 8 mil millones de años". De hecho, nadie sabía realmente cuándo comenzó la agrupación. Ahora podemos presenciarlo.
Ambos estudios llevaron a los astrónomos a concluir que estos sistemas son los progenitores de los cúmulos de galaxias vistos hoy. "El grupo RDCS 1252 parece un grupo actual", dijo Marc Postman, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, y coautor de ambos trabajos de investigación. "De hecho, si lo pusieras al lado de un clúster actual, no sabrías cuál es cuál".
Un cuento de dos racimos
¿Cómo pueden las galaxias crecer tan rápido después del Big Bang? "Es un caso de los ricos cada vez más ricos", dijo Blakeslee. "Estos cúmulos crecieron rápidamente porque están ubicados en regiones muy densas, por lo que hay suficiente material para construir las galaxias miembro muy rápido".
Esta idea se ve reforzada por las observaciones de rayos X del grupo masivo RDCS 1252. Chandra y XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea proporcionaron a los astrónomos las mediciones más precisas hasta la fecha de las propiedades de una enorme nube de gas caliente que impregna el grupo masivo. Este gas de 160 millones de grados Fahrenheit (70 millones de grados Celsius) es un reservorio de la mayoría de los elementos pesados en el grupo y un trazador preciso de su masa total. Un artículo de Piero Rosati del Observatorio Europeo Austral (ESO) y colegas que presenta las observaciones de rayos X del RDCS 1252 se publicará en enero de 2004 en el Astronomical Journal.
"La visión aguda de Chandra resolvió la forma del halo de gas caliente y mostró que el RDCS 1252 es muy maduro para su edad", dijo Rosati, quien descubrió el grupo con el telescopio de rayos X ROSAT.
RDCS 1252 puede contener miles de galaxias. Sin embargo, la mayoría de estas galaxias son demasiado débiles para detectar. Pero los poderosos "ojos" de la AEC identificaron varios cientos de ellos. Las observaciones con el Very Large Telescope (VLT) de ESO proporcionaron una medición precisa de la distancia al clúster. El ACS permitió a los investigadores determinar con precisión las formas y los colores de las 100 galaxias, proporcionando información sobre las edades de las estrellas que residen en ellas. El equipo de ACS estimó que la mayoría de las estrellas en el cúmulo ya se formaron cuando el universo tenía aproximadamente 2 mil millones de años. Las observaciones de rayos X, además, mostraron que 5 mil millones de años después del Big Bang, el gas caliente circundante se había enriquecido con elementos pesados de estas estrellas y había sido barrido de las galaxias.
Si la mayoría de las galaxias en RDCS 1252 han alcanzado la madurez y se están estableciendo en una edad adulta tranquila, las galaxias en formación en el proto-cúmulo distante están en su juventud enérgica y rebelde.
El proto-cluster TN J1338 contiene una galaxia embrionaria masiva rodeada de galaxias en desarrollo más pequeñas, que parecen puntos en la imagen del Hubble.
La galaxia dominante está produciendo espectaculares chorros emisores de radio, alimentados por un agujero negro supermasivo en lo profundo del núcleo de la galaxia. La interacción entre estos chorros y el gas puede estimular un torrente de nacimiento de estrellas.
El enérgico descubrimiento de la radiogalaxia por radiotelescopios llevó a los astrónomos a buscar las galaxias más pequeñas que conforman la mayor parte del cúmulo.
"Los cúmulos masivos son las ciudades del universo, y las radiogalaxias dentro de ellas son las chimeneas que podemos usar para encontrarlas cuando apenas comienzan a formarse", dijo Miley.
Los dos hallazgos subrayan el poder de combinar observaciones de muchos telescopios diferentes que proporcionaron vistas del universo distante en un rango de longitudes de onda. La cámara avanzada del Hubble proporcionó información crítica sobre la estructura de ambos cúmulos de galaxias distantes. La visión de rayos X de Chandra y XMM-Newton proporcionó las mediciones esenciales del gas primordial en el que están incrustadas las galaxias en RDCS 1252, y estimaciones precisas de la masa total contenida dentro de ese cúmulo. Los grandes telescopios terrestres, como el VLT, proporcionaron mediciones precisas de la distancia de ambos cúmulos, así como la composición química de las galaxias en ellos.
El equipo de ACS está realizando más observaciones de cúmulos distantes para consolidar nuestra comprensión de cómo estos cúmulos jóvenes y sus galaxias evolucionan en la forma de las cosas que se ven hoy en día. Sus observaciones planificadas incluyen el uso de observaciones de infrarrojo cercano para analizar las tasas de formación de estrellas en algunos de los grupos objetivo, incluido RDCS 1252, para medir la historia cósmica de la formación de estrellas en estas estructuras masivas. El equipo también está buscando en las regiones alrededor de varias radiogalaxias ultra distantes ejemplos adicionales de proto-cúmulos. El objetivo científico final del equipo es establecer una imagen completa de la evolución del clúster comenzando con la formación en las primeras épocas y detallando la evolución hasta el día de hoy.
Fuente original: Comunicado de prensa del Hubble
