El objeto más distante observado por ALMA arroja luz sobre las primeras estrellas

Los astrónomos han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de Atacama para detectar una enorme masa de polvo de estrellas en una galaxia vista cuando el Universo tenía sólo el cuatro por ciento de su edad actual (548 millones de años). Esta galaxia se observó poco después de su formación y es la galaxia más distante en la que se ha detectado  polvo cósmico. Esta observación es también la más lejana detección de oxígeno en el Universo. Estos nuevos resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre el nacimiento y las muertes explosivas de las primeras estrellas que aparecieron en el universo.

El equipo internacional de astrónomos, dirigido por Nicolas Laporte de la University College de Londres, utilizó ALMA para observar A2744_YD4, la galaxia más joven y remota jamás vista por este observatorio. Se sorprendieron al descubrir que esta joven galaxia contenía una abundancia de polvo interstelar formado por las muertes de una generación anterior de estrellas.

Las observaciones de seguimiento utilizando el instrumento X-shooter en el Very Large Telescope del European Southern Observatory (ESO), confirmaron la enorme distancia hasta A2744_YD4. La galaxia nos aparece como era cuando el Universo tenía tan sólo casi 600 millones de años, durante el período en que las primeras estrellas y galaxias se estaban formando.

La imagen en impresión artística muestra como podría parecer la joven y lejana galaxia  A2744_YD4. Crédito: ESO / M. Kornmesser.

 

El polvo cósmico se compone principalmente de silicio, carbono y aluminio, en granos tan pequeños como una millonésima de centímetro de diámetro. Los elementos químicos de estos granos se forjan dentro de las estrellas y están dispersos por el Cosmos, pues cuando las estrellas mueren en explosiones de supernova, el destino final de las estrellas masivas de corta vida, expanden toda esa materia. Hoy en día, este polvo es abundante y es un elemento esencial en la formación de nuevas estrellas, planetas y moléculas complejas; Pero en el Universo temprano, antes de que las primeras generaciones de estrellas se extinguieran, este polvo cósmico era escaso.

Most Distant Object Ever Observed by ALMA Sheds Light on First Stars
Esta imagen está dominada por una espectacular vista de la rica aglomeración de galaxias Abell 2744 del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA. Pero, más allá de este grupo, y visto cuando el Universo tenía sólo unos 600 millones de años, se observa una galaxia muy débil llamada A2744_YD4. Las nuevas observaciones de esta galaxia con ALMA, mostradas en rojo, han demostrado que es rica en polvo. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA, ESA, ESO y D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bolonia).

 

Las observaciones de la polvorienta galaxia A2744_YD4 se hicieron posibles porque esta galaxia se encuentra detrás de un enorme cúmulo de galaxias llamado Abell 2744. Debido a un fenómeno llamado lensing gravitacional, el cúmulo actuó como un gigantesco “telescopio” cósmico para magnificar A2744_YD4  siendo esta más distante por cerca de 1.8 veces, permitiendo al equipo mirar lejos de nuevo en el Universo temprano.

Las observaciones de ALMA también detectaron la emisión brillante de oxígeno ionizado de A2744_YD4. Esta es la más distante, y por lo tanto más temprana, detección de oxígeno en el Universo, superando otro resultado de ALMA en 2016.

La detección de polvo en el Universo temprano proporciona nueva información sobre cuándo estallaron las primeras supernovas y por lo tanto el momento en que las primeras estrellas calientes bañaron el Universo en luz. Determinar el momento de este “amanecer cósmico” es uno de los santo griales de la astronomía moderna, y se puede investigar indirectamente a través del estudio del polvo interestelar temprano.

El equipo estima que A2744_YD4 contenía una cantidad de polvo equivalente a 6 millones de veces la masa de nuestro Sol, mientras que la masa estelar total de la galaxia, la masa de todas sus estrellas, era 2.000 millones de veces la masa de nuestro Sol. El equipo también midió la tasa de formación de estrellas en A2744_YD4 y encontró que las estrellas se están formando a una tasa de 20 masas solares al año, en comparación con sólo una masa solar por año en la Vía Láctea.

 

 

“Esta tasa no es inusual para una galaxia tan lejana, pero sí arroja luz sobre la rapidez con que se formó el polvo en A2744_YD4”, explica Richard Ellis (ESO y University College de Londres), coautor del estudio. “Notablemente, el tiempo requerido es solamente cerca de 200 millones de años, así que estamos siendo testigos de la evolución de esta galaxia poco después de su formación”.

 

 

Esto significa que la formación estelar significativa comenzó aproximadamente 200 millones de años antes de la época en la que se está observando la galaxia. Esto proporciona una excelente oportunidad para que ALMA ayude a estudiar la época en la que las primeras estrellas y galaxias “se encendieron”, siendo la época más temprana probada. Nuestro Sol, nuestro planeta y nuestra existencia son los productos de 13 mil millones de años más tarde de esta primera generación de estrellas. Al estudiar su formación, vidas y muertes, estamos explorando nuestros orígenes.

“Con ALMA, las perspectivas de realizar observaciones más profundas y más extensas de galaxias similares en estos primeros tiempos son muy prometedoras”, dice Ellis.

Y Laporte concluye: “Otras mediciones de este tipo ofrecen la perspectiva apasionante de rastrear la formación estelar temprana y la creación de los elementos químicos más pesados ​​aún más atrás en el Universo temprano”.

Notas:
-Este tiempo corresponde a un desplazamiento al rojo de z = 8.38, durante la época de reionización.

-Abell 2744 es un objeto masivo, situado a 3.500 millones de años luz de distancia (corrimiento al rojo 0,308), que se cree que es el resultado de cuatro pequeños grupos de galaxias chocando. Ha sido apodado Cluster de Pandora debido a los muchos fenómenos extraños y diferentes que fueron desatados por la colisión masiva que ocurrió durante un período de aproximadamente 350 millones de años. Las galaxias sólo representan el cinco por ciento de la masa del grupo, mientras que la materia oscura constituye el setenta y cinco por ciento, proporcionando la influencia gravitatoria masiva necesaria para doblar y magnificar la luz de las galaxias de fondo. El veinte por ciento restante de la masa total se cree que está en forma de gas caliente.

-Esta tasa significa que la masa total de las estrellas formadas cada año equivale a 20 veces la masa del Sol.

Imagen de portada:

Un cielo nocturno claro y cristalino es siempre un placer para la vista. Pero si se encuentra en el Llano de Chajnantor, a 5.000 metros de altitud en los Andes chilenos, (uno de los mejores sitios del mundo para la observación astronómica) puede ser una experiencia que recordará el resto de su vida. Esta vista panorámica de Chajnantor muestra las antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en contraste con el sobrecogedor escenario de fondo: un cielo nocturno plagado de estrellas. Detrás vemos algunas de las antenas de ALMA, trabajando en equipo. El llano aparece curvado debido al efecto de la lente gran angular utilizada. ALMA es el telescopio más potente del mundo para el estudio del universo en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Las obras de construcción de ALMA se completaron en 2013, y un total de 66 antenas de gran precisión trabajan en este lugar. Por el momento, el telescopio está en su fase inicial de operaciones, haciendo observaciones científicas tempranas. Pese a que aún no está totalmente construido, el telescopio ya está ofreciendo sorprendentes resultados, superando a las demás instalaciones submilimétricas. En el cielo que puede verse tras las antenas, incontables estrellas brillan como distantes gemas. También destacan dos objetos celestes muy familiares. Primero, la imagen está coronada por la Luna. Segundo, eclipsada por el brillo de la Luna, es posible distinguir la Vía Láctea como una banda brumosa que atraviesa el cielo. Las regiones oscuras dentro de esta banda son áreas en las cuales el polvo interestelar bloquea la luz de las estrellas de fondo. Esta fotografía fue obtenida por el Fotógrafo embajador de ESO, Babak Tafreshi. Babak es el fundador y líder de “The World At Night”, un proyecto internacional para producir y exhibir una colección de fotografías y vídeos time-lapse impactantes de los lugares del mundo con las maravillas celestes más hermosas como telón de fondo. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental en cooperación con la República de Chile. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA ESO/B. Tafreshi (twanight.org) – http://www.eso.org/public/images/potw1238a/

 

Fuente: https://www.eso.org/public/news/eso1708/?lang

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