Impresión artística de un progenitor de galaxias similares a la Vía Láctea en el universo temprano con un cuásar de fondo que brilla a través de un 'super halo' de gas hidrógeno que rodea la galaxia. Nuevas observaciones de ALMA de dos de estas galaxias revelan que estos vastos halos se extienden mucho más allá de los polvorientos, discos formadores de estrellas. Las galaxias se encontraron inicialmente mediante la absorción de la luz del cuásar de fondo que pasa a través de las galaxias. ALMA pudo obtener imágenes del carbono ionizado en los discos de las galaxias, revelando detalles cruciales sobre sus estructuras. Crédito:A. Angelich (NRAO / AUI / NSF)
Por décadas, Los astrónomos han encontrado galaxias distantes al detectar la forma característica en que su gas absorbe la luz de un quásar brillante en el fondo. Pero los esfuerzos por observar la luz emitida por estas mismas galaxias no han tenido éxito en su mayoría. Ahora, Un equipo de astrónomos que utiliza el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) en Chile ha observado emisiones de dos galaxias distantes inicialmente detectadas por sus firmas de absorción de cuásares, y los resultados no fueron los esperados.
Por una cosa, las emisiones impulsadas por la formación de estrellas en las galaxias estaban separadas por una distancia sorprendente del gas denso revelado por la absorción de cuásares, lo que indica que las galaxias están incrustadas en un halo extendido de gas hidrógeno. Las tasas estimadas de formación de estrellas también fueron inesperadamente altas.
"Esperábamos que veríamos emisiones débiles justo encima del cuásar, y en su lugar vimos galaxias brillantes en grandes separaciones del quásar, "dijo J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y coautor de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicado el 24 de marzo en Ciencias .
El gas de hidrógeno neutro revelado por su absorción de luz de cuásar es probablemente parte de un gran halo o disco extendido de gas alrededor de la galaxia. dijo el primer autor Marcel Neeleman, becario postdoctoral en UC Santa Cruz. "No es donde está la formación estelar, y ver tanto gas tan lejos de la región de formación estelar significa que hay una gran cantidad de hidrógeno neutro alrededor de la galaxia, ", Dijo Neeleman." No sabemos si está en un gran disco extendido de gas que está cayendo, o si es solo un halo de gas realmente denso alrededor de la galaxia ".
La absorción de luz de un cuásar de fondo revela concentraciones de gas hidrógeno neutro en sistemas 'amortiguados Lyman-alfa'. Nuevas observaciones de dos sistemas revelaron las galaxias asociadas. Como se ve en esta imagen en falso color, el gas se detecta a una distancia sorprendente de la región de formación de estrellas, indicando un gran halo o disco extendido de gas alrededor de la galaxia. En este sistema, la separación es de 137, 000 años luz (42 kiloparsecs). Crédito:M. Neeleman
El espectro de emisión de una de las galaxias indica la presencia de un disco giratorio, Prochaska señaló. "Estas galaxias parecen ser masivas, polvoriento, y sistemas de rápida formación de estrellas, con gran, capas extendidas de gas, ", dijo." Estas observaciones nos dan una excelente visión de cómo se veían las galaxias como nuestra Vía Láctea hace 13 mil millones de años ".
Para Prochaska, el artículo representa la culminación de una búsqueda que comenzó en 2003 con su doctorado. asesor en UC San Diego, el difunto Arthur M. Wolfe (también coautor del artículo). Wolfe fue pionero en el uso de espectros de cuásares para estudiar concentraciones de gas hidrógeno neutro en el universo distante. conocidos como sistemas Lyman-alfa amortiguados (DLA) debido a las características de absorción que tienen las impresiones de gas hidrógeno en la luz del cuásar de fondo. Wolfe también vio el potencial de ALMA para detectar emisiones de estos sistemas mucho antes de la finalización del radioobservatorio en 2011.
"Hemos querido hacer esto durante 14 años, "Dijo Prochaska." El 'santo grial' ha sido identificar y estudiar las galaxias que albergan el gas hidrógeno que vemos en los espectros de cuásares, y se necesitó una instalación con la capacidad de ALMA para hacerlo ".
Los investigadores utilizaron ALMA para buscar firmas de emisión de infrarrojo lejano de las galaxias que sabían que podían distinguirse de la luz brillante de los cuásares. El carbono ionizado emite una línea espectral brillante en una longitud de onda característica en el infrarrojo (158 micrones), que los astrónomos pueden utilizar como trazador de la estructura galáctica en el universo distante. Los investigadores también observaron emisiones de polvo en el infrarrojo lejano, lo que les permitió estimar las tasas de formación de estrellas.
La absorción de luz de un cuásar de fondo revela concentraciones de gas hidrógeno neutro en sistemas 'amortiguados Lyman-alfa'. Nuevas observaciones de dos sistemas revelaron las galaxias asociadas. Como se ve en esta imagen en falso color, el gas se detecta a una distancia sorprendente de la región de formación de estrellas, indicando un gran halo o disco extendido de gas alrededor de la galaxia. En este sistema, la separación es de unos 59, 000 años luz (18 kiloparsecs). Crédito:M. Neeleman
El conjunto configurable de antenas de radio de ALMA permitió a los astrónomos enfocar su búsqueda de emisiones de galaxias en el área alrededor de cada uno de los dos DLA, ubicado a una distancia de unos 13 mil millones de años luz. Desde esa distancia la luz que ahora llega a los telescopios da a los astrónomos un vistazo a una etapa temprana de la formación de galaxias, unos mil millones de años después del Big Bang.
"Esta es la época en la que las galaxias realmente estaban comenzando a despegar en términos de formación de estrellas, una especie de aceleración de crecimiento adolescente antes de alcanzar el pico de formación de estrellas aproximadamente 2 mil millones de años después, "Dijo Prochaska.
Las observaciones indican que ambas galaxias están formando estrellas a tasas moderadamente altas, con una tasa de formación de estrellas superior a 100 masas solares por año para una galaxia y alrededor de 25 masas solares por año para la otra. La separación del quásar fue de aproximadamente 137, 000 años luz (42 kiloparsecs) para una galaxia y alrededor de 59, 000 años luz (18 kiloparsecs) para el otro.
Según Neeleman, Los astrónomos han asumido que detectar la luz emitida por las galaxias que albergan DLA es difícil porque está oculta en la intensa luz de los cuásares de fondo. Dada la gran separación de estas galaxias de sus cuásares asociados, sin embargo, puede ser que, en cambio, estén oscurecidos por el polvo, él dijo. Con ALMA, los investigadores pudieron detectar la luz de las estrellas absorbida y reradiada a longitudes de onda más largas por el polvo.
Prochaska dijo que espera obtener observaciones similares de una muestra mucho mayor de galaxias en los próximos años.
