Hubble captura masiva galaxia disco muerta que desafía las teorías de la evolución de las galaxias

Al combinar el poder de una "lente natural" en el espacio con la capacidad del telescopio espacial Hubble de la NASA, los astrónomos hicieron un descubrimiento sorprendente — el primer ejemplo de una galaxia compacta pero masiva, de giro rápido y en forma de disco que dejó de hacer estrellas sólo unos pocos miles de millones de años después del Big Bang.

Encontrar una galaxia tan temprana en la historia del universo desafía la comprensión actual de cómo las galaxias masivas se forman y evolucionan, dicen los investigadores.

Cuando Hubble fotografió la galaxia, los astrónomos esperaban ver una caótica bola de estrellas formada por galaxias que se fusionaban. En cambio, vieron evidencia de que las estrellas nacieron en un disco con forma de panqueque.

Actuando como un "telescopio natural" en el espacio, la gravedad de los Mac J2129-0741, un cúmulo de galaxias de primer plano extremadamente masivo, amplía, ilumina y distorsiona la lejana galaxia MACS2129-1, que se muestra en la caja superior. La caja central es una vista volada de la galaxia con lentes gravitacionales. En la caja inferior es una imagen reconstruida, basada en el modelado que muestra lo que la galaxia se vería como si el cúmulo Galaxy no estuviera presente. La galaxia aparece roja porque es tan lejana que su luz se desplaza hacia la parte roja del espectro.

Créditos: NASA, esa, s. Toft (Universidad de Copenhague), m. CARTERO (STScI), y el equipo de choque

Esta es la primera evidencia directa de observación de que al menos algunas de las primeras galaxias llamadas "muertas" — donde la formación estelar se detuvo — de alguna manera evolucionan de un disco de forma láctea a las galaxias elípticas gigantes que vemos hoy.

Esto es una sorpresa porque las galaxias elípticas contienen estrellas más viejas, mientras que las galaxias espirales típicamente contienen estrellas azules más jóvenes. Al menos algunas de estas galaxias de disco "muertas" tempranas deben haber pasado por grandes remodelaciones. No sólo cambiaron su estructura, sino también los movimientos de sus estrellas para hacer una forma de una galaxia elíptica.

"Esta nueva visión puede obligarnos a repensar todo el contexto cosmológico de cómo las galaxias se queman temprano y evolucionan hacia las galaxias locales en forma elíptica", dijo el líder del estudio Sune Toft, del Centro de Cosmología Oscura del Instituto Niels Bohr, de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. "Tal vez hemos estado ciegos ante el hecho de que las galaxias" muertas "tempranas podrían, de hecho, ser discos, simplemente porque no hemos sido capaces de resolverlos".

Estudios previos de galaxias muertas lejanas han asumido que su estructura es similar a las galaxias elípticas locales en las que evolucionarán. Confirmando esta asunción en principio requiere telescopios espaciales más poderosos que están disponibles actualmente. Sin embargo, a través del fenómeno conocido como "lente gravitacional", un cúmulo masivo y de primer plano de galaxias actúa como una "lente de zoom" natural en el espacio, magnificando y estirando imágenes de galaxias de fondo lejanas. Al unirse a esta lente natural con el poder de resolución del Hubble, los científicos pudieron ver en el centro de la galaxia muerta.

El concepto de este artista muestra lo que los jóvenes, muertos, disco Galaxy MACS2129-1, a la derecha, se vería como en comparación con la Galaxia Vía Láctea, a la izquierda. Aunque tres veces tan masivo como la Vía Láctea, es sólo la mitad del tamaño. MACS2129-1 también está girando más del doble de rápido que la Vía Láctea. Nótese que las regiones de la Vía Láctea son azules a partir de ráfagas de formación estelar, mientras que la galaxia joven y muerta es amarilla, lo que significa una mayor población de estrellas y ningún nuevo nacimiento de estrellas.

Créditos: NASA, esa, y z. Levy (STScI)

La galaxia remota es tres veces más masiva que la Vía Láctea, pero sólo la mitad del tamaño. Las mediciones de velocidad rotacional realizadas con el telescopio muy grande del Observatorio Austral Europeo (VLT) mostraron que la galaxia del disco está girando más del doble de rápido que la Vía Láctea.

El uso de datos de archivo de la encuesta de lente de cluster y supernova con Hubble (Clash), Toft y su equipo fueron capaces de determinar la masa estelar, la tasa de formación estelar, y las edades de las estrellas.

Por qué esta galaxia dejó de formar estrellas es todavía desconocida. Puede ser el resultado de un núcleo Galáctico activo, donde la energía está brotando de un agujero negro super masivo. Esta energía inhibe la formación de estrellas calentando el gas o expulsarlo de la galaxia. O puede ser el resultado del flujo de gas frío en la galaxia que se comprime y calienta rápidamente, evitando que se enfríe en las nubes formando estrellas en el centro de la galaxia.

Pero, ¿cómo evolucionan estos discos pequeños, masivos y compactos hacia las galaxias elípticas que vemos en el universo actual? "probablemente a través de fusiones", dijo Toft. "Si estas galaxias crecen a través de la fusión con compañeros menores, y estos compañeros menores vienen en grandes números y de todo tipo de ángulos diferentes en la galaxia, esto eventualmente aleatorizaría las órbitas de las estrellas en las galaxias." También podría imaginar fusiones importantes. "Esto sin duda también destruiría el movimiento ordenado de las estrellas."

Los hallazgos se publican en la edición del 22 de junio de la revista Nature. Toft y su equipo esperan utilizar el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA para buscar una muestra más grande de tales galaxias.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, maneja el telescopio. El Instituto espacial de ciencia del telescopio (STScI) en Baltimore, Maryland, conduce operaciones de la ciencia del Hubble. STScI es operado por la NASA por la Asociación de universidades para la investigación en astronomía, Inc., en Washington, d.c.

El telescopio muy grande es una instalación telescópica operada por el Observatorio Europeo del sur en el Cerro Paranal en el desierto de Atacama del norte de la República de Chile.

Ann Jenkins / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4488 / 410-338-4514
jenkins@stsci.edu / villard@stsci.edu

Sune Toft
Dark Cosmology Center, Niels Bohr Institute,
University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark
sune@dark-cosmology.dk

Last Updated: June 21, 2017

Editor: Karl Hille

Traducción: El Quelonio Volador