Un fusión de galaxias en el Universo lejano captada por ALMA

Fusión de galaxias en el universo lejano amplificada a través de una lente gravitacional. Estas imágenes combinan vistas de los telescopios Hubble y Keck II en Hawái (utilizando óptica adaptativa). Crédito: ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory.

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y muchos otros telescopios en la Tierra y en el espacio, un equipo internacional de astrónomos ha obtenido la mejor imagen de una colisión entre dos galaxias que tuvo lugar cuando el Universo tenía sólo la mitad de su edad actual. Se sirvieron de una lupa del tamaño de una galaxia para revelar detalles de otro modo invisibles. Estos nuevos estudios de la galaxia H-ATLAS J142935.3-002836 han demostrado que este objeto, complejo y distante, es parecido a una conocida colisión de la galaxia local: las Galaxias Antena.

El famoso detective de ficción Sherlock Holmes utilizaba una lupa para revelar evidencias apenas visibles, pero importantes. Los astrónomos están ahora combinando el poder de muchos telescopios basados en la Tierra y en el espacio con una forma infinitamente más grande de lente cósmico para estudiar un caso de vigorosa formación estelar en el Universo temprano.

“Mientras los astrónomos a menudo se ven limitados por la potencia de sus telescopios, en algunos casos nuestra capacidad para ver el detalle es enormemente mejorada por lentes naturales, creadas por el Universo”, explica el autor principal, Hugo Messias, de la Universidad de Concepción (Chile) y el Centro de Astronomía y Astrofísica da Universidad de Lisboa (Portugal). “Einstein predijo en su teoría de la relatividad general que, dada la suficiente masa, la luz no viaja en línea recta, sino que se curva de forma similar a la luz refractada por una lente normal”.

Estos lentes cósmicos son creados por enormes estructuras como galaxias y cúmulos de galaxias, que desvían la luz de los objetos que hay detrás de ellos debido a su fuerte gravedad; un efecto denominado de lente gravitacional o gravitatorio. Las propiedades de este efecto lupa permiten a los astrónomos estudiar objetos que no serían visibles de otro modo y comparar directamente las galaxias locales con otras mucho más remotas, vistas cuando el Universo era considerablemente más joven.

Diagrama que muestra cómo el efecto de lentes gravitacionales alrededor de una galaxia normal enfoca la luz proveniente de una fusión de galaxias con formación estelar muy distantes para crear una imagen distorsionada, pero más brillante. Crédito: ESO/M. Kornmesser.

Pero para que estos lentes gravitacionales funcionen, la galaxia que hace de lente y la que se encuentra detrás, alejada, deben estar alineadas de un modo muy preciso.

“Estas alineaciones casuales son muy raras y tienden a ser difíciles de identificar”, añade Hugo Messias, “pero estudios recientes han demostrado que mediante la observación en longitudes de onda del infrarrojo lejano y el rango milimétrico, podemos encontrar estos casos de una forma mucho más eficiente”.

H-ATLAS J142935.3-002836 (o simplemente H1429-0028 para abreviar) es una de estas fuentes y fue encontrada en el sondeo Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey (H-ATLAS). Aunque muy débil en las imágenes de luz visible, es una de los lentes gravitatorios más brillantes del infrarrojo lejano encontrado hasta el momento, aunque lo estamos viendo en un momento en el que el Universo tenía sólo la mitad de su edad actual.

Explorar este objeto estaba en el límite de lo posible, por lo que el equipo internacional de astrónomos comenzó una extensa campaña de seguimiento con los telescopios más potentes –tanto en la Tierra como en el espacio- incluyendo a ALMA, el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, el Observatorio Keck, el conjunto Karl Jansky Very Large Array (JVLA) y otros. Los diferentes telescopios proporcionaron diversos puntos de vista, que se combinaron para obtener la mejor imagen de este inusual objeto.

Las imágenes de Hubble y Keck revelaron un detallado anillo de luz gravitacionalmente inducido alrededor de la galaxia del frente. Estas imágenes de alta resolución también demostraron que la galaxia que ejercía de lente es una galaxia con el disco de canto –similar a nuestra galaxia, la Vía Láctea- que oscurece partes de la luz del fondo debido a las grandes nubes de polvo que contiene.

Pero este oscurecimiento no es un problema para ALMA y JVLA, puesto que estas dos instalaciones observan el cielo en longitudes de onda más largas, que no se ven afectadas por el polvo. Combinando los datos, el equipo descubrió que el sistema de fondo era en realidad una colisión que está teniendo lugar entre dos galaxias. Desde ese momento, ALMA y JVLA empezaron a jugar un papel clave en la caracterización de este objeto.

En particular, ALMA trazó el monóxido de carbono, que permite hacer estudios detallados de los mecanismos de formación de estrellas en las galaxias. Las observaciones de ALMA también permitieron medir el movimiento del material en el objeto más distante. Esto fue esencial para demostrar que el objeto que se observa a través del lente es, de hecho, una colisión galáctica en curso que da lugar a cientos de nuevas estrellas cada año, y que una de las galaxias del choque aún muestra signos de rotación, lo que indica que era una galaxia de disco justo antes de este encuentro.

El sistema de estas dos galaxias en colisión se asemeja a un objeto que está mucho más cerca de nosotros: las Galaxias Antena. Se trata de una espectacular colisión entre dos galaxias que se cree que han tenido una estructura de disco en el pasado. Mientras que el sistema de las Antenas está formando estrellas a un ritmo de sólo unas pocas decenas de la masa de nuestro Sol cada año, en el mismo tiempo H1429-0028 convierte una masa de gas de más de 400 veces la masa del Sol en nuevas estrellas.

Rob Ivison, Director de Ciencia de ESO y coautor del nuevo estudio, concluye: “ALMA nos ha permitido resolver este dilema porque nos ha proporcionado información sobre la velocidad del gas en las galaxias, lo que hace posible distinguir los diversos componentes, revelando la firma clásica de una fusión de galaxias. Este hermoso estudio capta una fusión galaxia en plena acción, justo en el momento en el que desencadena un estallido extremo de formación estelar”.

El estudio “Herschel-ATLAS and ALMA HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027” apareció el 26 de agosto de 2014 en la versión digital de la revista Astronomy & Astrophysics.

Fuente: ALMA