Las galaxias hace mucho, mucho tiempo fueron muy fecundas; dieron a luz estrellas a un ritmo al menos diez veces mayor que lo que vemos hoy.
¿Por qué? ¿Había más cosas alrededor para hacer estrellas? ¿O las galaxias de aquel entonces eran más eficientes en la formación de estrellas? ¿¿O algo mas??
La Dra. Linda Tacconi, del Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik de Alemania, dirigió un equipo internacional de astrónomos para averiguar por qué ... y la respuesta parece ser que las galaxias jóvenes se llenaron de gas hasta las branquias.
"Hemos sido capaces, por primera vez, de detectar e imaginar el gas molecular frío en galaxias formadoras de estrellas normales, que son representativas de las típicas poblaciones de galaxias masivas poco después del Big Bang", dijo el Dr. Tacconi.
Las observaciones desafiantes arrojan el primer vistazo de cómo las galaxias, o más precisamente el gas frío en estas galaxias, se veían apenas 3 a 5 mil millones de años después del Big Bang (equivalente a un desplazamiento al rojo cosmológico z ~ 2 a z ~ 1). A esta edad, las galaxias parecen haber formado estrellas de manera más o menos continua con al menos diez veces la tasa observada en sistemas de masas similares en el Universo local.
Ahora está razonablemente bien establecido que las galaxias se formaron a partir de protogalaxias, que a su vez se formaron en sobredensidades locales, dominadas por materia oscura fría, halos de materia oscura, donde el hidrógeno y helio recién neutral se reunieron y enfriaron. A través de colisiones y fusiones, y una acumulación de gas en curso, las protogalaxias formaron galaxias jóvenes, unos pocos miles de millones de años después del Big Bang, en breve, formación jerárquica.
Las observaciones detalladas del gas frío y su distribución y dinámica desempeñan un papel clave en la separación de los complejos mecanismos responsables de convertir las primeras protogalaxias en galaxias modernas, como la Vía Láctea. Un importante estudio de galaxias distantes y luminosas formadoras de estrellas en el interferómetro milimétrico de la meseta de Bure ha dado lugar a un avance al observar directamente el "alimento" de la formación de estrellas. El estudio aprovechó los principales avances recientes en la sensibilidad de los radiómetros en el observatorio para realizar el primer estudio sistemático de las propiedades del gas frío (trazado por una línea rotacional de la molécula de monóxido de carbono) de las galaxias masivas normales cuando el universo era del 40% ( z = 1.2) y 24% (z = 2.3) de su edad actual. Las observaciones anteriores se restringieron en gran medida a objetos raros y muy luminosos, incluidas las fusiones de galaxias y los cuásares. En cambio, el nuevo estudio rastrea galaxias masivas en formación estelar representativas de la población de galaxias promedio "normal" en este rango de masa y desplazamiento al rojo.
"Cuando comenzamos el programa hace aproximadamente un año", dice el Dr. Tacconi, "no podíamos estar seguros de que detectaríamos algo. Pero las observaciones fueron exitosas más allá de nuestras esperanzas más optimistas. Hemos podido demostrar que las galaxias normales masivas en z ~ 1.2 y z ~ 2.3 tenían de cinco a diez veces más gas que lo que vemos en el Universo local. Dado que estas galaxias estaban formando gas a una velocidad alta durante largos períodos de tiempo, esto significa que el gas debe haber sido reponido continuamente por la acumulación de halos de materia oscura, en excelente acuerdo con el trabajo teórico reciente ".
Otro resultado importante de estas observaciones son las primeras imágenes resueltas espacialmente de la distribución de gas frío y los movimientos en varias de las galaxias. "Esta encuesta ha abierto la puerta a una vía completamente nueva para estudiar la evolución de las galaxias", dice Pierre Cox, director de IRAM. "Esto es realmente emocionante y hay mucho más por venir".
"Estos hallazgos fascinantes nos proporcionan pistas y limitaciones importantes para los modelos teóricos de la próxima generación que usaremos para estudiar las fases iniciales del desarrollo de galaxias con más detalle", dice Andreas Burkert, especialista en formación de estrellas y evolución de galaxias en la Excelencia de Alemania. Cluster Universe. "Eventualmente, estos resultados ayudarán a comprender el origen y el desarrollo de nuestra Vía Láctea".
Acerca de la imagen EGS 1305123: Imágenes ópticas y milimétricas resueltas espacialmente de una galaxia masiva típica en desplazamiento al rojo z = 1.1 (5.500 millones de años después del Big Bang). La imagen de la izquierda se tomó con el telescopio espacial Hubble en las bandas ópticas V e I, como parte del estudio AEGIS de galaxias distantes. La imagen de la derecha es una superposición de la emisión de CO 3-2 observada con el PdBI (colores rojo / amarillo) superpuesto en la imagen I (gris). Por primera vez, estas observaciones muestran claramente que la emisión de la línea molecular y la luz óptica de estrellas masivas trazan un disco rotativo masivo de diámetro ~ 60,000 años luz. Este disco es similar en tamaño y estructura como se ve en las galaxias de disco z ~ 0, como la Vía Láctea. Sin embargo, la masa de gas frío en este disco es aproximadamente un orden de magnitud mayor que en las galaxias de disco z ~ 0 típicas. Esto explica por qué las galaxias de alta z pueden formarse continuamente a aproximadamente diez veces la tasa de galaxias z ~ 0 típicas.
Fuentes: Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (preprint: arXiv: 1002.2149)
