Los secretos de una mancha espacial gigante

Simulación computacional de una mancha Lyman-alfa. Esta simulación rastrea la evolución del gas y de la materia oscura usando uno de los últimos modelos de formación de galaxias. Crédito: J. Geach/D. Narayanan/R. Crain.

Un equipo internacional de astrónomos que ha utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) y otros telescopios, ha descubierto la verdadera naturaleza de un extraño objeto del Universo distante llamado “mancha Lyman-Alfa”. Hasta ahora, los astrónomos no entendían qué mecanismo hacía que estas enormes nubes de gas brillaran tanto, pero ALMA ha detectado dos galaxias en el corazón de uno de estos objetos, y están atravesando una frenética etapa de formación estelar que ilumina todo su entorno. Estas enormes galaxias están, a su vez, en el centro de un enjambre de galaxias más pequeñas en lo que parece ser una fase temprana en la formación de un cúmulo masivo de galaxias. Las dos fuentes de ALMA están destinadas a convertirse en una única galaxia elíptica gigante.

Las manchas Lyman-alfa (“Lyman-alpha Blobs”, LAB) son gigantescas nubes de gas de hidrógeno que pueden abarcar cientos de miles de años luz y se encuentran a grandes distancias cósmicas. El nombre refleja la característica longitud de onda de la luz ultravioleta que emiten, conocida como radiación Lyman-alfa. Desde su descubrimiento, los procesos que dan lugar a los LABs han sido un rompecabezas astronómico. Ahora, nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA, han aclarado el misterio.

Una de las manchas Lyman-alfa más grande conocida, y la más ampliamente estudiada, es la mancha SSA22-Lyman-alfa 1 o LAB-1. Incrustado en el núcleo de un gran cúmulo de galaxias que se encuentra en las primeras etapas de formación, fue el primer objeto de su tipo en ser descubierto –en el año 2000– y se encuentra tan lejos que su luz ha tardado unos 11.500 millones de años en llegar hasta nosotros.

La mancha Lyman-alfa LAB-1. Crédito: ESO/M. Hayes.

Un equipo de astrónomos, liderado por Jim Geach, del Centro de Investigación en Astrofísica de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), ha utilizado el radiotelescopio ALMA con su inigualable capacidad para observar la luz de las nubes de polvo frías en galaxias lejanas, para estudiar LAB-1 en profundidad. Esto les permitió identificar y distinguir varias fuentes de emisión submilimétrica.

Combinando las imágenes de ALMA con las observaciones del instrumento MUSE, instalado en el VLT para captar la luz Lyman-alfa, pudieron demostrar que las fuentes de ALMA se encuentran en el corazón de la mancha Lyman-alfa, donde están formando estrellas a un ritmo cien veces superior al de la Vía Láctea.

Además, la capacidad del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA de obtener imágenes de campo profundo y la espectroscopía proporcionada por el Observatorio W. M. Keck demostraron que las fuentes de ALMA están rodeadas por numerosas galaxias compañeras débiles que podrían estar bombardeando las fuentes centrales de ALMA, ayudando a impulsar sus altas tasas de formación estelar.

Llegados a este punto, el equipo llevó a cabo una sofisticada simulación de formación de galaxias para demostrar que la gigante nube brillante de emisión Lyman-alfa puede explicarse si la luz ultravioleta producida por la formación de estrellas en las fuentes de ALMA dispersa el gas de hidrógeno circundante. Esto daría lugar a la mancha Lyman-alfa que vemos.

Diagrama que explica cómo brilla una mancha Lyman-alfa. Crédito: ESO/J. Geach.

Jim Geach, autor principal del nuevo estudio, explica: “Imaginen un farol en una noche con niebla: vemos el resplandor difuso porque la luz se dispersa por las pequeñas gotitas de agua. Aquí sucede algo similar, salvo que el farol es una galaxia con intensa formación estelar y la niebla es una enorme nube de gas intergaláctico. Las galaxias están iluminando su entorno”.

Entender cómo se forman y evolucionan las galaxias es un desafío enorme. Los astrónomos piensan que las manchas Lyman-alfa son importantes porque parecen ser los lugares donde se forman las galaxias más masivas del Universo. En particular, la luz Lyman-alfa extendida, proporciona información sobre lo que está sucediendo en la nube de gas primordial que rodea a las galaxias jóvenes, una región que es muy difícil de estudiar, pero cuya comprensión resulta fundamental.

Jim Geach, concluye, “Lo que resulta emocionante acerca de estas manchas es que por fin podemos ver lo que está sucediendo alrededor de estas galaxias jóvenes en crecimiento. Durante mucho tiempo, el origen de la luz Lyman-alfa extendida ha generado polémica. Pero, con la combinación de nuevas observaciones y simulaciones de vanguardia, creemos haber resuelto un misterio de hace 15 años: Lyman-alfa Blob-1 es el lugar de formación de una galaxia elíptica masiva que un día será el corazón de un cúmulo gigante. Estamos viendo una fotografía de la unión de esta galaxia hace 11.500 millones de años”.

El artículo “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” será publicado en The Astrophysical Journal.

Fuente: ALMA