ALMA revela maternidad cósmica y cementerio de estrellas en galaxia más lejana jamás observada
Equipo de investigación logra vista reveladora de nacimiento y muerte de estrellas gracias a imagen de antigua galaxia con resolución sin precedentes.
Un equipo internacional de investigación encabezado por el profesor Yoichi Tamura, de la Universidad de Nagoya, logró una proeza astronómica al obtener imágenes de alta resolución de una joven galaxia que existió tan solo 600 millones de años después del Big Bang. Estas reveladoras imágenes, obtenidas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), permitieron observar estructuras nunca antes vistas que se formaron mediante la interacción de nebulosas oscuras y de emisión.
Las imágenes de radio de ALMA muestran un fascinante panorama donde estas nebulosas dan forma a una majestuosa cavidad que recuerda una superburbuja. Se cree que esa superburbuja se formó a partir del nacimiento de estrellas vibrantes y las subsiguientes ondas de choque generadas por explosiones de supernovas. Este descubrimiento es fundamental para entender los enigmáticos procesos que intervienen en la formación de las galaxias y los ciclos de nacimiento y muerte de las estrellas.
El equipo científico empezó su exploración pionera de galaxias ultradistantes con ALMA en 2012 y logró su primer hallazgo en 2016, cuando detectó ondas de radio emitidas por oxígeno presente en la galaxia más distante jamás observada. En 2018 batió un nuevo récord al identificar la galaxia más distante hasta entonces tras detectar ondas de radio emitidas por oxígeno a una distancia de 13.280 millones de años luz.
En 2019, el equipo de investigación fue aún más allá y detectó ondas de radio emitidas por oxígeno y polvo en otra galaxia, conocida como MACS0416_Y1, a unos 13.200 millones de años luz de distancia. La detección de polvo en el Universo primitivo, donde el ciclo de reencarnación de estrellas aún no se repetía con mucha frecuencia, marcó un hito en nuestra comprensión del Universo.
Uno de los aspectos más destacables de esas observaciones fue el descubrimiento de nebulosas oscuras en el Universo primitivo. Las nebulosas oscuras son nubes densas y frías de polvo y gas donde nacen las estrellas, pero que también opacan la luz estelar. Las complejas observaciones realizadas por el equipo revelaron el ciclo de vida al interior de esas nebulosas oscuras, donde las estrellas nacen, se extinguen y dan paso al nacimiento de nuevas estrellas.
En su hallazgo más reciente, el equipo de investigación obtuvo imágenes con un nivel de resolución sin precedentes de MACS0416_Y1. Al configurar las antenas de ALMA como un lente de acercamiento y tras 28 horas de exposición, el equipo científico logró discernir el origen de las ondas de radio emitidas por el polvo y el oxígeno y mostrar cómo las emisiones y las nebulosas oscuras están estrechamente relacionadas entre sí, en un proceso donde ambas conquistan su propio espacio. En esta delicada danza, las nuevas estrellas que van naciendo dentro de las nebulosas oscuras ionizan el gas circundante.
Las imágenes obtenidas también relevaron una enorme cavidad que se extiende por unos 1.000 años luz en el centro de la galaxia y que podría constituir una superburbuja. De los estudios anteriores se había deducido que MACS0416_Y1 producía estrellas a un ritmo vertiginoso, unas 100 veces más rápido que la Vía Láctea. Se cree que ese frenesí de formación estelar pudo haber desencadenado el surgimiento de esta superburbuja mediante explosiones consecutivas de supernovas.
El equipo de investigación también logró estudiar el movimiento del gas al interior de las nebulosas, y descubrió que este se encuentra en un estado turbulento, en el que alcanza velocidades de desplazamiento de hasta 200.000 kilómetros por hora. “En condiciones tan turbulentas, es probable que las estrellas formen enormes cúmulos”, señala el profesor Yoichi Tamura, quien agrega que estos grandes cúmulos estelares son característicos de galaxias presentes en el Universo primitivo.
El Dr. Takuya Hashimoto, de la Universidad de Tsukuba, elogió el desempeño de ALMA, comentando: “Equivale a captar desde Tokio la luz extremadamente débil emitida por dos luciérnagas separadas por 3 centímetros de distancia en la cima del monte Fuji y ser capaces de distinguir cada una. Este estudio destaca por aprovechar al máximo el desempeño de ALMA y permitir entender la formación de las primeras galaxias, así como la vida y muerte de las estrellas y el ecociclo de la materia en el Universo”.
Información adicional
Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de Yoichi Tamura et al. titulado “The 300-parsec resolution imaging of a z = 8,31 galaxy: Turbulent ionized gas and potential stellar feedback 600 million years after the Big Bang” (‘Imagen de una galaxia z = 8,31 con resolución de 300 parsecs: gas ionizado turbulento y posible retroalimentación estelar 600 millones de años después del Big Bang’), publicado el 13 de julio de 2023 (DOI: 10.3847/1538-4357/acd637) en The Astrophysical Journal.
Esta investigación se financió con fondos de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia (17H06130, 19H01931, 20H01951, 20H05861, 20K22358, 21H01128, 21H04496, 22J21948, 22H01258 y 22H04939), de la Beca de Investigación Científica de ALMA NAOJ (2018-09B y 2020-16B) y de la Beca de Excelencia para Jóvenes Investigadores del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón (HJH02007).
Este comunicado de prensa es una adaptación del comunicado original del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, socio de ALMA en representación de Asia del Este.
