Un equipo de astrónomos ha utilizado observaciones de los telescopios ALMAAtacama Large Millimeter/submillimeter Array– y del VLT –Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral –ESO por sus siglas en inglés- para determinar que la formación de estrellas en la lejana galaxia MACS1149-JD1 dio comienzo en una etapa sorprendentemente temprana, tan sólo 250 millones de años después del Big Bang. Este descubrimiento también representa el oxígeno más distante jamás detectado en el universo y la galaxia más lejana observada por ALMA o el VLT. Los resultados fueron publicados en la revista Nature de este 17 de mayo de 2018.

Mirando hacia el amanecer cósmico

Esta imagen, obtenida por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, muestra el cúmulo de galaxias MACS J1149.5+2223; la imagen del recuadro es la galaxia muy distante MACS1149-JD1, vista como era hace 13.000 millones de años y observada con ALMA. La distribución del oxígeno detectado con ALMA se representa en rojo. / Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

Los científicos detectaron un resplandor muy débil emitido por oxígeno ionizado de la galaxia. A medida que esta luz infrarroja viaja por el espacio, la expansión del universo la desplaza y, para cuando fue detectada en la tierra por ALMA, la longitud de onda era más de diez veces más larga que cuando se originó. El equipo infirió que la señal fue emitida hace 13.300 millones de años (o 500 millones de años después del Big Bang), convirtiéndolo en el oxígeno más distante jamás detectado por ningún telescopio. La presencia de oxígeno es una clara señal de que debe haber habido incluso generaciones anteriores de estrellas en esta galaxia.

“Me emocionó ver la señal de oxígeno distante en los datos de ALMA”, afirma Takuya Hashimoto, autor principal del nuevo artículo e investigador de la Universidad Osaka Sangyo y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón. “Esta detección hace retroceder las fronteras del universo observable”.

La galaxia más lejana jamás observada

Además del brillo del oxígeno captado por ALMA, el VLT de ESO también detectó una señal más débil de emisión de hidrógeno. La distancia a la galaxia, determinada a partir de esta observación, es consistente con la distancia de la observación del oxígeno. Esto hace de MACS1149-JD1 la galaxia más lejana con una medición precisa de la distancia y la galaxia más lejana jamás observada con ALMA o con el VLT.

Esta imagen muestra el enorme cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 223, cuya luz tardó más de 5.000 millones de años en llegar a nosotros. La enorme masa del cúmulo dobla la luz de los objetos más distantes. La luz de estos objetos ha sido ampliada y distorsionada debido a lentes gravitacionales. El mismo efecto crea múltiples imágenes de los mismos objetos distantes./ Crédito:NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Vemos esta galaxia en un momento en el que el universo sólo tenía 500 millones de años y, sin embargo, ya tiene una población de estrellas maduras”, explica Nicolas Laporte, investigador de la University College de Londres -UCL, Reino Unido- y  segundo autor del nuevo artículo. “Por lo tanto somos capaces de utilizar esta galaxia para estudiar un período anterior, completamente desconocido, de la historia cósmica”.

Una historia muy antigua

Tras el Big Bang, hubo un periodo durante el cual no hubo oxígeno en el universo; fue creado por los procesos de fusión de las primeras estrellas y luego liberado al morir estas estrellas. La detección de oxígeno en MACS1149-JD1 indica que estas generaciones anteriores de estrellas ya se habían formado y había expulsado oxígeno  apenas 500 millones de años después del comienzo del universo.

Big Bang / Ilustración: Science

Pero, ¿cuándo tuvo lugar esta formación temprana de estrellas? Para averiguarlo, el equipo reconstruyó los inicios de la historia de MACS1149-JD1 utilizando datos infrarrojos tomados con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de NASA. Descubrieron que el brillo observado de la galaxia puede explicarse con un modelo en el que el inicio de la formación estelar comienza tan solo 250 millones de años después del comienzo del universo.

El Santo Grial de la cosmología

La madurez de las estrellas en MACS1149-JD1 plantea la pregunta de cuándo surgieron las primeras galaxias de la oscuridad total, una época que los astrónomos denominan, de forma romántica, como el «amanecer cósmico«. Estableciendo la edad de MACS1149-JD1, el equipo ha demostrado, de forma efectiva, que hubo galaxias que existieron antes de las que podemos detectar de forma directa en la actualidad.

Telescopio Hubble

Richard Ellis, astrónomo senior en la UCL y coautor del artículo, concluye: “Determinar cuándo tuvo lugar el amanecer cósmico es el Santo Grial de la cosmología y el estudio de formación de galaxias. ¡Con estas nuevas observaciones de MACS1149-JD1 nos estamos acercando a la posibilidad de ser testigos directos del nacimiento de la luz de las estrellas! Puesto que todos estamos hechos de material estelar procesado, esto es realmente encontrar nuestros propios orígenes”.

Fuente: ESO

Boletín original: http://www.eso.org/public/spain/news/eso1815/