Capturando el inicio de la rotación de galaxias en el universo primitivo

A medida que los telescopios se han vuelto más avanzados y poderosos, los astrónomos han podido detectar más y más galaxias distantes. Estas son algunas de las primeras galaxias que se formaron en nuestro universo que comenzaron a alejarse de nosotros a medida que el universo se expandía. De hecho, cuanto mayor es la distancia, más rápido parece alejarse una galaxia de nosotros. Curiosamente, podemos estimar qué tan rápido se mueve una galaxia y, a su vez, cuándo se formó en función de qué tan «desplazada hacia el rojo» aparece su emisión. Esto es similar a un fenómeno llamado efecto Doppler, donde los objetos que se alejan de un observador emiten la luz que parece desplazada hacia longitudes de onda más largas (de ahí el término «corrimiento al rojo») para el observador.

El telescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ubicado en medio del desierto de Atacama en Chile, es particularmente adecuado para observar tales desplazamientos al rojo en las emisiones de galaxias. Recientemente, un equipo de investigadores internacionales, incluido el profesor Akio Inoue y el estudiante graduado Tsuyoshi Tokuoka de la Universidad de Waseda, Japón; el Dr. Takuya Hashimoto de la Universidad de Tsukuba, Japón; el profesor Richard S. Ellis del University College London; y el Dr. Nicolas Laporte, investigador de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, observó emisiones desplazadas hacia el rojo de una galaxia distante, MACS1149-JD1 (en adelante, JD1), lo que los llevó a algunas conclusiones interesantes. «Más allá de encontrar galaxias de alto corrimiento al rojo, es decir, galaxias muy distantes, estudiar su movimiento interno de gas y estrellas proporciona una motivación para comprender el proceso de formación de galaxias en el universo más temprano posible», explica Ellis. Los hallazgos de su estudio han sido publicados en Las cartas del diario astrofísico.

La formación de galaxias comienza con la acumulación de gas y continúa con la formación de estrellas a partir de ese gas. Con el tiempo, la formación de estrellas progresa desde el centro hacia afuera, se desarrolla un disco galáctico y la galaxia adquiere una forma particular. A medida que continúa la formación estelar, se forman estrellas más nuevas en el disco giratorio mientras que las estrellas más viejas permanecen en la parte central. Al estudiar la edad de los objetos estelares y el movimiento de las estrellas y el gas en la galaxia, es posible determinar la etapa de evolución que ha alcanzado la galaxia.

Realizando una serie de observaciones durante un período de dos meses, los astrónomos midieron con éxito pequeñas diferencias en el «corrimiento al rojo» de una posición a otra dentro de la galaxia y encontraron que JD1 cumplía con el criterio de una galaxia dominada por la rotación. A continuación, modelaron la galaxia como un disco giratorio y descubrieron que reproducía muy bien las observaciones. La velocidad de rotación calculada fue de unos 50 kilómetros por segundo, que se comparó con la velocidad de rotación del disco de la Vía Láctea de 220 kilómetros por segundo. El equipo también midió el diámetro de JD1 en solo 3.000 años luz, mucho más pequeño que el de la Vía Láctea en 100.000 años luz de diámetro.

La importancia de su resultado es que JD1 es, con mucho, la más distante y, por lo tanto, la fuente más antigua encontrada hasta ahora que tiene un disco giratorio de gas y estrellas. Junto con mediciones similares de sistemas más cercanos en la literatura de investigación, esto ha permitido al equipo delinear el desarrollo gradual de las galaxias en rotación durante más del 95% de nuestra historia cósmica.

Además, la masa estimada a partir de la velocidad de rotación de la galaxia estaba en consonancia con la masa estelar previamente estimada a partir de la firma espectral de la galaxia, y provenía predominantemente de la de las estrellas «maduras» que se formaron hace unos 300 millones de años. «Esto demuestra que la población estelar de JD1 se formó en una época aún más temprana de la era cósmica», dice Hashimoto.

«La velocidad de rotación de JD1 es mucho más lenta que la que se encuentra en las galaxias de épocas posteriores y en nuestra galaxia, y es probable que JD1 se encuentre en una etapa inicial de desarrollo de un movimiento de rotación», dice Inoue. Con el Telescopio Espacial James Webb lanzado recientemente, los astrónomos ahora planean identificar las ubicaciones de estrellas jóvenes y más viejas en la galaxia para verificar y actualizar su escenario de formación de galaxias.

Seguro que hay nuevos descubrimientos en el horizonte.