Las estrellas se forman a partir de nubes de gas gigantes en las galaxias; la tasa de formación de estrellas, sin embargo, ha cambiado en la escala de tiempo cósmico. En el universo joven nacieron muchas más estrellas. Esta diferencia ha sido objeto de estudio para encontrar una explicación.
Figura 1: El interferómetro milímétrico de la Meseta de Bure, en los Alpes del sur de Francia. Copyright: IRAM.Para una versión más grande de esta imagen haga clic aquí.
Científicos del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre, junto con un equipo internacional de astrónomos, han encontrado una explicación plausible: unos pocos millones de años después del Big Bang, las galaxias con formación normal de estrellas contenían de cinco a diez veces más gas frío que hoy en día, proporcionando más "alimento" para estimular el proceso de formación estelar.
"Hemos logrado, por primera vez, detectar y visualizar el gas molecular frío en galaxias con formación normal de estrellas, que son representativas de las típicas poblaciones de galaxias masivas poco después del Big Bang", dijo Linda Tacconi, del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre, quien es autora principal de un artículo sobre el tema en la edición de esta semana de la revista Nature.
Las difíciles observaciones permiten dar el primer vistazo a cómo las galaxias, o más precisamente a cómo se veía el gas frío en estas galaxias, entre 3 a 5 mil millones de años después del Big Bang (equivalente a un corrimiento al rojo cosmológico de Z~2 a z~1). En esa época, las galaxias parecen haber formado estrellas más o menos continuamente, con al menos diez veces la tasa observada en sistemas de masa similar en el universo local.
La pregunta fundamental es si este gran ritmo de formación de estrellas fue causado por las grandes reservas de gas molecular frío (que representa el "alimento" para las estrellas de reciente formación), o si la formación de estrellas en el universo joven era mucho más eficiente de lo que es hoy.
Durante los últimos diez años los astrónomos han establecido un marco global de cómo las galaxias se formaron y evolucionaron cuando el Universo tenía sólo unos pocos miles de millones de años. El gas se enfrió y se agrupó en las misteriosas concentraciones de materia oscura (los llamados halos de materia oscura). En escalas de tiempo cosmológico, la acreción del gas de estos halos en las proto-galaxias, y las colisiones y las fusiones de las galaxias, posteriormente llevó a la acumulación jeráquica de galaxias masivas.
Observaciones detalladas del gas frío y su distribución y dinámica, desempeñan un papel clave para desentrañar los complejos mecanismos responsables de convertir esas primeras proto-galaxias en las galaxias modernas, como la Vía Láctea.
Un importante estudio de la distancia en las galaxias lejanas y luminosas, con el interferómetro milímétrico de la Meseta de Bure (Figura 1), ha dado lugar a un gran progreso, al tener una mirada directa del "alimento" de la formación de estrellas.
El estudio se aprovechó de los principales avances recientes en la sensibilidad de los radiómetros en el observatorio, para hacer la primera investigación sistemática de las propiedades del gas frío (trazado por la línea rotacional de la molécula de monóxido de carbono) de las galaxias masivas normales, cuando el Universo tenía un 40% ( z = 1,2) y un 24% (z = 2,3) de su edad actual. Las observaciones anteriores se limitan, en gran medida, a los escasos objetos muy luminosos, incluyendo fusiones de galaxias y cuásares. El nuevo estudio, en lugar de trazar la formación masiva de estrellas en las galaxias representantes de lo "normal", promedia la población de galaxias en este rango de masa y corrimiento al rojo.
"Cuando empezamos el programa hace un año", dice la Dra. Tacconi, "no podíamos estar seguros de que incluso detectaríamos nada. Sin embargo, las observaciones fueron un éxito más allá de nuestras esperanzas más optimistas. Hemos sido capaces de demostrar que la formación masiva de estrellas en las galaxias entre z ~ 1.2 y Z ~ 2,3 fue con cinco a diez veces más gas que lo que vemos en el universo local. Dado que estas galaxias estaban formando gas a un ritmo elevado durante largos períodos de tiempo, esto significa que el gas debe haber sido contínuamente nutrido por la acreción de los halos de materia oscura, en excelente acuerdo con el trabajo teórico reciente ".
Figura 2: Dos puntos de vista de una galaxia típica 5.500 millones de años después del Big Bang. La izquierda es una imagen del Telescopio Espacial Hubble en luz óptica, la derecha es una imagen compuesta de la imagen con el interferómetro de Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) en función del contenido de monóxido de carbono (rojo / amarillo) con la imagen óptica en la llamada I-band (gris). Estas observaciones muestran claramente, por primera vez, que la línea de emisión molecular y las radiaciones ópticas de las estrellas son la traza de la rotación del disco de unos 60.000 años luz de diámetro. La masa de gas frío en este disco es diez veces mayor que en las galaxias actuales. Imagen: MPE/IRAM.Para una versión más grande de esta imagen haga clic aquí
Otro resultado importante de estas observaciones es la primera imagen resuelta espacialmente del movimiento y la distribución de gas frío en varias de las galaxias (Figura 2). "Esta encuesta ha abierto la puerta a una enteramente nueva vía de estudio de la evolución de las galaxias", dice Pierre Cox, el director de IRAM. "Esto es realmente emocionante, y hay mucho más por venir".
"Estos fascinantes hallazgos nos proporcionan indicios importantes y las restricciones para los modelos teóricos de la próxima generación, que nosotros usaremos para estudiar las primeras fases de desarrollo de las galaxias con más detalle", dice Andreas Burkert, especialista en la formación de estrellas y la evolución de las galaxias en la Excellence Cluster Universe. "Eventualmente, estos resultados ayudarán a entender el origen y el desarrollo de nuestra Vía Láctea".
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