El polvo estelar antiguo arroja luz sobre las primeras estrellas
ESO.-
Un equipo de astrónomos ha utilizado ALMA para detectar una enorme
masa de brillante polvo de estrellas en una galaxia vista cuando el
universo tenía sólo el cuatro por ciento de su edad actual.
Esta
galaxia fue observada poco después de su formación y es la galaxia
más distante en la que se ha detectado polvo.
Esta observación es
también la detección de oxígeno más distante en el universo.
Estos nuevos resultados proporcionan información acerca del
nacimiento y la explosiva muerte de las primeras estrellas.
Un
equipo internacional de astrónomos, liderado por Nicolas Laporte,
del University College de Londres, ha utilizado ALMA
(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para
observar la galaxia A2744_YD4, la más joven y más alejada vista por
ALMA.
Se sorprendieron al descubrir que esta joven galaxia contiene
una gran cantidad de polvo interestelar, polvo formado por la muerte
de una generación anterior de estrellas.
Posteriores
observaciones de seguimiento realizadas con el instrumento X-shooter,
instalado en el VLT
(Very Large Telescope) de
ESO, confirmaron la enorme distancia que nos separa de A2744_YD4. Vemos la galaxia como era cuando el universo tenía sólo 600
millones de años, durante el período en el que se estaban formando
las primeras estrellas y galaxias [1].
"A2744_YD4
no es solo la galaxia más lejana observada hasta ahora por
ALMA", comenta
Nicolas Laporte, "sino
que la detección de tanto polvo indica que esta galaxia ya había
sido contaminada por supernovas tempranas".
El
polvo cósmico se compone, principalmente, de silicio, carbono y
aluminio en granos diminutos de tamaños de una millonésima de
centímetro.
Los elementos químicos de estos granos se forjan dentro
de las estrellas y son esparcidos por el cosmos cuando las estrellas
mueren (en el caso de explosiones de supernova de forma espectacular,
el destino final de las estrellas masivas de breve duración).
Hoy en
día, este polvo es abundante y es un elemento clave en la formación
de estrellas, planetas y moléculas complejas; pero en el universo
temprano, antes de que murieran las primeras generaciones de
estrellas, era escaso.
Las
observaciones de la polvorienta galaxia A2744_YD4 fueron posibles
porque esta galaxia se encuentra detrás de un cúmulo de galaxias
masivas llamado Abell
2744 [2].
Debido a un fenómeno llamado de lentes
gravitacionales,
el cúmulo actuó como un gigante "telescopio" cósmico,
ampliando la galaxia A2744_YD4 aproximadamente unas 1,8 veces,
permitiendo al equipo penetrar en nuestro universo temprano.
Las
observaciones de ALMA también detectaron la brillante emisión del
oxígeno ionizado de A2744_YD4. Esta es la más distante y, por lo
tanto, la detección más temprana de oxígeno en el universo,
superando otro resultado
de ALMA de
2016.
La
detección de polvo en el universo temprano proporciona nueva
información sobre cuándo explotaron las primeras supernovas y, por
consiguiente, sobre la época en la que las primeras estrellas
calientes iluminaron el universo con su luz. Medir los tiempos de
este "amanecer cósmico" es uno de los santos griales de la
astronomía moderna, y puede investigarse indirectamente a través
del estudio del polvo interestelar temprano.
El
equipo estima que A2744_YD4 contiene una cantidad de polvo
equivalente a 6 millones de veces la masa de nuestro Sol, mientras
que la masa estelar total de la galaxia —la masa de todas sus
estrellas—, fue de 2.000 millones de veces la masa de nuestro Sol.
El equipo también midió la tasa de formación estelar en A2744_YD4
y descubrió que las estrellas se forman a un ritmo de 20 masas
solares por año, en comparación con una sola masa solar por año en
la Vía Láctea [3].
"Esta
tasa no es inusual para una galaxia tan lejana, pero arroja luz sobre
a qué velocidad se formó el polvo en A2744_YD4",
explica el coautor del estudio Richard Ellis (ESO y University
College de Londres).
"Sorprendentemente,
el tiempo necesario es de tan solo unos 200 millones de años, por lo
que estamos observando esta galaxia poco después de su formación".
Esto
significa que la etapa importante de formación estelar comenzó
aproximadamente 200 millones de años antes de la época en que la
galaxia está siendo observada.
Se trata de una gran oportunidad para
que ALMA ayude a estudiar la época en la que “se encendieron”
las primeras estrellas y galaxias, la época más temprana estudiada.
Nuestro Sol, nuestro planeta y nuestra existencia son el resultado
—13.000 millones de años más tarde— de esta primera generación
de estrellas. Mediante el estudio de su formación, vidas y muertes,
exploramos nuestros orígenes.
"Con
ALMA, las perspectivas de realizar observaciones más profundas y
extensas de galaxias similares en estas primeras épocas son muy
prometedoras", afirma
Ellis.
Y
Laporte concluye:
"Poder hacer medidas de este tipo en el futuro ofrece la
emocionante posibilidad de trazar la formación temprana de las
estrellas y estudiar la creación de los elementos químicos más
pesados yendo aún más atrás, retrocediendo al universo temprano".
Notas
[1]
Este tiempo se corresponde con un desplazamiento al rojo de z=8,38,
durante la época
de reionización.
[2]
Abell 2744 es un objeto masivo que se encuentra a 3.500 millones de
años luz de distancia (desplazamiento al rojo de 0,308), y se cree
que es el resultado del choque de cuatro pequeños cúmulos de
galaxias.
Ha sido apodado el “Cúmulo de Pandora” debido a la
gran cantidad de extraños fenómenos diferentes desencadenados por
la enorme colisión que se produjo durante un período de unos 350
millones de años.
Las galaxias constituyen sólo el cinco por ciento
de la masa del cúmulo, mientras que la materia oscura supone el
setenta y cinco por ciento, proporcionando la enorme influencia
gravitacional necesaria para doblar y ampliar la luz de las galaxias
de fondo. Se cree que el restante veinte por ciento de la masa total
está en forma de gas caliente.
