Dos mil millones de años después del Big Bang, el Universo era todavía muy joven. Sin embargo, miles de galaxias enormes, rico en estrellas y polvo, ya estaban formados. Un estudio internacional, dirigido por SISSA — Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, ahora explica cómo esto fue posible. Los científicos combinaron métodos teóricos y de observación para identificar los procesos físicos detrás de su evolución y, por primera vez, encontró evidencia de un rápido crecimiento de polvo debido a una alta concentración de metales en el Universo distante. El estudio, publicado en Astronomía y Astrofísica , ofrece un nuevo enfoque para investigar la fase evolutiva de los objetos masivos.

Desde su descubrimiento inicial hace 20 años, Las galaxias masivas y muy distantes que forman una cantidad prodigiosa de estrellas jóvenes, las llamadas galaxias 'polvorientas' (formadoras de estrellas), representan un serio desafío para los astrónomos:"Por un lado, Son difíciles de detectar porque residen en regiones densas del Universo distante y contienen partículas de polvo que absorben la mayor parte de la luz óptica irradiada por estrellas jóvenes. "explica Darko Donevski, becario postdoctoral en SISSA. "Por otra parte, muchos de estos polvorientos 'gigantes' se han formado cuando el Universo era muy joven, a veces incluso menos de mil millones de años, y los científicos se han estado preguntando cómo es posible que se haya producido una cantidad tan grande de polvo tan temprano ".

El estudio de estos objetos exóticos ahora es posible gracias al Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Este interferómetro de 66 telescopios en el desierto de Atacama en el norte de Chile es capaz de detectar la luz infrarroja que penetra las nubes polvorientas, revelando la presencia de estrellas recién formadas. Sin embargo, el origen de una gran cantidad de polvo en los primeros tiempos cósmicos sigue siendo una cuestión abierta para los astrónomos. “A lo largo de muchos años, los científicos pensaron que la producción de polvo cósmico se debía exclusivamente a la explosión de supernovas. Sin embargo, trabajos teóricos recientes sugieren que el polvo también puede crecer a través de colisiones de partículas de frío, gas rico en metales que llena las galaxias, "explica el investigador.

Un equipo internacional de investigadores de instituciones con sede en Europa, NOSOTROS, Canadá y Sudáfrica, dirigido por Donevski, métodos teóricos y de observación combinados para estudiar 300 distantes, galaxias polvorientas para develar el origen de estos 'gigantes'. En particular, inferían las propiedades físicas de estas galaxias polvorientas ajustando sus distribuciones de energía espectral. "Encontramos una gran cantidad de masa de polvo en la mayoría de nuestras galaxias. Nuestras estimaciones mostraron que las explosiones de supernovas no podrían ser responsables de todo y una parte tuvo que producirse a través de colisiones de partículas en el entorno gaseoso rico en metales alrededor de las estrellas masivas". como supusieron previamente los modelos teóricos ", dice Donevski." Esta es la primera vez que los datos de observación apoyan la existencia de ambos mecanismos de producción ".

Los científicos también observaron la proporción de masa de polvo a estrella a lo largo del tiempo para estudiar la eficiencia con la que las galaxias crean y destruyen el polvo durante su evolución. "Esto nos permitió identificar el ciclo de vida del polvo en dos poblaciones diferentes de galaxias:normal, la llamada 'secuencia principal, "galaxias, que están evolucionando lentamente, y mas extremo, galaxias en rápida evolución, llamado 'starbursts, '"dijo Lara Pantoni, Doctor. estudiante en SISSA, quien desarrolló el modelo analítico utilizado para la interpretación de datos. El modelo muestra el gran potencial para describir las diferencias en estos dos grupos de galaxias observadas. "Curiosamente, también mostramos que, independientemente de su distancia, masa o tamaño estelar, las galaxias compactas 'starburst' siempre tienen una relación de masa de polvo a estelar más alta que las galaxias normales ".

Para evaluar completamente los hallazgos observacionales, el equipo de astrónomos también confrontó sus datos con las simulaciones de galaxias de última generación. Usaron SIMBA, una nueva suite que simula la formación y evolución de millones de galaxias desde el comienzo del Universo hasta la actualidad, rastreando todas sus propiedades físicas, incluida la masa de polvo. "Hasta ahora, Los modelos teóricos tenían problemas para hacer coincidir el polvo de galaxias y las propiedades estelares simultáneamente. Sin embargo, nuestra nueva suite de simulación cosmológica, SIMBA, podría reproducir la mayoría de los datos observados, "explica Desika Narayanan, profesor de astronomía en la Universidad de Florida y miembro del instituto DAWN en Copenhague.

"Nuestro estudio muestra que la producción de polvo en los 'gigantes' está dominada por un crecimiento muy rápido de partículas a través de sus colisiones con el gas. Por lo tanto, proporciona la primera prueba sólida de que la formación de polvo ocurre tanto durante la muerte de las estrellas como en el espacio entre estas estrellas masivas, como se asume a partir de estudios teóricos, "concluye Donevski." Además, ofrece un nuevo enfoque mixto para investigar la evolución de objetos masivos en el Universo distante que se probará con futuros telescopios espaciales como el telescopio espacial James Webb ".