Los astrónomos esperan que las primeras galaxias, los que se formaron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang, compartiría muchas similitudes con algunas de las galaxias enanas que vemos hoy en el universo cercano. Estas primeras aglomeraciones de unos pocos miles de millones de estrellas se convertirían en los componentes básicos de las galaxias más grandes que llegaron a dominar el universo después de los primeros miles de millones de años.

Observaciones en curso con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), sin embargo, han descubierto sorprendentes ejemplos de galaxias llenas de estrellas vistas cuando el cosmos tenía menos de mil millones de años. Esto sugiere que los bloques de construcción galácticos más pequeños pudieron ensamblarse en grandes galaxias con bastante rapidez.

Las últimas observaciones de ALMA hacen retroceder aún más esta época de formación de galaxias masivas al identificar dos galaxias gigantes vistas cuando el universo tenía solo 780 millones de años. o alrededor del 5 por ciento de su edad actual. ALMA también reveló que estas galaxias inusualmente grandes están ubicadas dentro de una estructura cósmica aún más masiva. un halo de materia oscura varios billones de veces más masivo que el sol.

Las dos galaxias están tan cerca, menos que la distancia de la Tierra al centro de nuestra galaxia, que pronto se fusionarán para formar la galaxia más grande jamás observada en ese período en la historia cósmica. Este descubrimiento proporciona nuevos detalles sobre el surgimiento de grandes galaxias y el papel que juega la materia oscura en el ensamblaje de las estructuras más masivas del universo.

Los investigadores informan sus hallazgos en la revista. Naturaleza .

"Con estas exquisitas observaciones de ALMA, los astrónomos están viendo la galaxia más masiva conocida en los primeros mil millones de años del universo en el proceso de ensamblarse, "dijo Dan Marrone, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal del artículo.

Los astrónomos están viendo estas galaxias durante un período de la historia cósmica conocido como la Época de la Reionización. cuando la mayor parte del espacio intergaláctico estaba bañado por una niebla oscura de gas hidrógeno frío. A medida que se formaban más estrellas y galaxias, su energía eventualmente ionizó el hidrógeno entre las galaxias, revelando el universo como lo vemos hoy.

"Por lo general, vemos que como el momento en que las pequeñas galaxias trabajan duro para masticar el medio intergaláctico neutral, ", dijo Marrone." Reuniendo evidencia de observación con ALMA, sin embargo, ha ayudado a remodelar esa historia y continúa haciendo retroceder el momento en que las galaxias verdaderamente masivas emergieron por primera vez en el universo ".

Las galaxias que estudiaron Marrone y su equipo, colectivamente conocido como SPT0311-58, fueron identificados originalmente como una sola fuente por el telescopio del Polo Sur. Estas primeras observaciones indicaron que este objeto estaba muy distante y brillaba intensamente en luz infrarroja, lo que significa que estaba extremadamente polvoriento y probablemente atravesaba un estallido de formación estelar. Las observaciones posteriores con ALMA revelaron la distancia y la naturaleza dual del objeto, resolviendo claramente el par de galaxias que interactúan.

Para hacer esta observación, ALMA contó con la ayuda de una lente gravitacional, lo que proporcionó un impulso de observación al telescopio. Las lentes gravitacionales se forman cuando interviene un objeto masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, dobla la luz de galaxias más distantes. Ellas hacen, sin embargo, distorsionar la apariencia del objeto que se está estudiando, requiriendo sofisticados modelos de computadora para reconstruir la imagen tal como aparecería en su estado inalterado.

Este proceso de "eliminación de lentes" proporcionó detalles intrigantes sobre las galaxias, mostrando que la más grande de las dos está formando estrellas a una velocidad de 2, 900 masas solares al año. También contiene aproximadamente 270 mil millones de veces la masa de nuestro sol en gas y casi 3 mil millones de veces la masa de nuestro sol en polvo. "Esa es una enorme cantidad de polvo, considerando la corta edad del sistema, "señaló Justin Spilker, un recién graduado de la Universidad de Arizona y ahora un becario postdoctoral en la Universidad de Texas en Austin.

Los astrónomos determinaron que la rápida formación estelar de esta galaxia probablemente fue provocada por un encuentro cercano con su compañera un poco más pequeña, que ya alberga alrededor de 35 mil millones de masas solares de estrellas y está aumentando su tasa de estallido estelar a un ritmo vertiginoso de 540 masas solares por año.

Los investigadores señalan que las galaxias de esta era son más "desordenadas" que las que vemos en el universo cercano. Sus formas más desordenadas se deberían a las grandes reservas de gas que caen sobre ellos y sus interacciones y fusiones continuas con sus vecinos.

Las nuevas observaciones también permitieron a los investigadores inferir la presencia de un halo de materia oscura verdaderamente masivo que rodea a ambas galaxias. La materia oscura proporciona la fuerza de la gravedad que hace que el universo colapse en estructuras (galaxias, grupos y cúmulos de galaxias, etc.).

"Si quiere ver si una galaxia tiene sentido en nuestra comprensión actual de la cosmología, desea ver el halo de materia oscura (la estructura de materia oscura colapsada) en la que reside, "dijo Chris Hayward, científico investigador asociado en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "Afortunadamente, conocemos muy bien la relación entre la materia oscura y la materia normal en el universo, por lo que podemos estimar cuál debe ser la masa del halo de materia oscura ".

Comparando sus cálculos con las predicciones cosmológicas actuales, Los investigadores encontraron que este halo es uno de los más masivos que deberían existir en ese momento.

"Hay más galaxias descubiertas con el telescopio del Polo Sur que estamos siguiendo, "dijo Joaquin Vieira de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, "y hay muchos más datos de encuestas que estamos empezando a analizar. Nuestra esperanza es encontrar más objetos como este, posiblemente incluso más distantes, para comprender mejor esta población de galaxias extremadamente polvorientas y especialmente su relación con la población mayoritaria de galaxias en esta época ".

"En todo caso, Nuestra próxima ronda de observaciones de ALMA debería ayudarnos a comprender la rapidez con la que estas galaxias se unieron y mejorar nuestra comprensión de la formación masiva de galaxias durante la reionización. "añadió Marrone.