28 de agosto de 2014

Así nace una galaxia elíptica


Una galaxia elíptica se podría definir como un gran conjunto con escaso contenido de gas y plagado de viejas estrellas. Junto con las espirales y las lenticulares, son el tipo de galaxias más abundante del universo conocido. Las teorías creen que este tipo de galaxias tiene una formación que va desde dentro hacia fuera, siendo un gran núcleo la nota predominante en las primeras etapas de la vida de estas galaxias.

Sin embargo, las evidencias de esta fase inicial han sido muy esquivas para los científicos. Pero eso ha cambiado. Y es que un grupo de astrónomos ha descubierto un compacto núcleo galáctico conocido como GOODS-N-774, llamado popularmente Sparky. En base a las evidencias observacionales, apareció hace once mil millones de años, tan sólo tres mil millones de años después del Big Bang.

Encontrando a Sparky

Sparky fue encontrado mientas estudiaban imágenes del instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) a bordo del Telescopio Espacial Hubble donde aparecían miles de galaxias captadas en los sondeos 3D-HST y CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) . Posteriormente utilizaron instrumentos del W.M. Keck Observatory para medir la distancia a la galaxia desde la Tierra, y para detectar cómo de rápido se movía el gas, lo que confirmó que la estructura encontrada era enorme.

Imagen 1: Representación artística del núcleo de una galaxia en desarrollo en un universo joven. Créditos: NASA/ESA/Z. Levay y G. Gacon (STScI).

"Este proceso de formación de núcleo es un fenómeno exclusivo de los inicios del universo", explica Erica Nelson de la Yale University (Estados Unidos), autora principal del artículo donde se muestran los resultados. "Nunca habíamos visto la formación de una galaxia de este modo. En estos momentos hay algo en el universo que impide este tipo de formación galáctica. Sospechamos que el Universo pudo producir objetos más densos porque el Universo en su conjunto era más denso, esto es, poco después del Big Bang. Ahora es mucho menos denso”, añade.

Alta densidad estelar

El tamaño de Sparky viene siendo de seis mil años luz de diámetro frente a los cien mil años luz de diámetro de nuestra galaxia. Sin embargo, en cantidad de estrellas Sparky nos supera ya que contiene el doble que toda nuestra galaxia, indicando que la densidad estelar de este núcleo es realmente alta. Se cree que esta galaxia naciente seguirá creciendo para convertirse en una galaxia elíptica gigante. Los astrónomos piensan que esta galaxia, apenas visible, puede ser representativa de una población mucho más grande de objetos similares que son demasiado débiles para ser observados.

Imagen 2: Aspecto del núcleo de la galaxia GOODS-N-774 captada por la WFC3 del Hubble. Créditos: NASA/ESA/E. Nelson (Yale University).

Tras determinar el tamaño gracias a las imágenes del Hubble, el equipo analizó imágenes de archivo tanto del Telescopio Espacial Spitzer (NASA) como del Observatorio Espacial Herschel (ESA) para recabar información en el rango del infrarrojo lejano. Tras analizar todo esto, llegaron a la conclusión que GOODS-N-774 está produciendo 300 estrellas por año. "En comparación, la Vía Láctea produce treinta veces menos, unas diez estrellas por año," afirma Marijn Franx de la Leiden University (Holanda), co-autor del artículo.

Materia oscura

Los astrónomos creen que esta frenética formación estelar se produce debido a que el centro de la galaxia se ha formado en un pozo gravitatorio de materia oscura, ya que en el universo temprano estas extrañas formaciones de materia oscura crearon el andamiaje para la posterior formación de galaxias tal y como las conocemos.

"Son ambientes muy extremos", afirma Nelson. "Hay mucha turbulencia y está burbujeando. Si estuvieras allí, el cielo nocturno sería brillante con estrellas jóvenes, y habría una gran cantidad de polvo y gas”, añade.

El hecho de que sea tan poco brillante en el espectro visible puede ser debido a la gran cantidad de gas y polvo creada a partir de la alta tasa de formación estelar. De ahí que sea necesario un análisis en el espectro infrarrojo.

"Hemos visto la galaxia desde un momento muy temprano de su vida. Cuando pase este período creemos que este núcleo habrá dejado de crear estrella y que las galaxias más pequeñas se fusionarán con ésta durante los próximos diez mil millones expandiéndose y aumentando su tamaño”, explica Franx.

Cuando los instrumentos que analizan el universo infrarrojo alcancen un grado de sensibilidad superior podremos ver con mucho más detalle como nacen estos colosos galácticos, demostrar que, efectivamente, se forman en un pozo gravitatorio y de paso, hacer que la materia oscura sea un poco menos oscura.
El artículo científico aparece en la revista Nature del 27 de agosto de 2014 bajo el título “A massive galaxy in its core formation phase three billion years after the Big Bang”.

El equipo de científicos que ha participado en la investigación está formado por E. Nelson (Yale University, Estados Unidos), P. van Dokkum (Yale University, Estados Unidos), M. Franx (Leiden University, Holanda), G. Brammer (STScI, Estados Unidos), I. Momcheva (Yale University, Estados Unidos), N. M. Forster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Alemania), E. da Cunha (Max Planck Institute for Astronomy, Alemania), L. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Alemania), R. Bezanson (University of Arizona, Estados Unidos), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Estados Unidos), J. Leja (Yale University, Estados Unidos), H-W. Rix (Max Planck Institute for Astronomy, Alemania), R. Skelton (SAAO, Sudáfrica), A. van der Wel (Max Planck Institute for Astronomy, Alemania), K. Whitaker (Goddard Space Center, Estados Unidos), y S. Wuyts (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Alemania).
Imagen 2: Composición creada a través de imágenes tomadas por los instrumentos ACS (Advanced Camera for Surveys) y WFC3 (Wide Field Camera 3) a bordo del Hubble Space Telescope en los siguientes filtros:
Banda Infrarroja (filtro I: 814 nm - ACS)
Banda Infrarroja (filtro Z: 850 nm - ACS)
Banda Infrarroja (filtro J: 1.25 um – WFC3)
Banda Infrarroja (filtro H: 1.60 um – WFC3)

Nota de prensa (ESA):

Nota de prensa (STScI):

Artículo científico:

Referencias:

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