Un collage de 21 galaxias fotografiadas por el estudio ALPINE. Las imágenes se basan en la luz emitida por carbono ionizado individualmente, o C +. Estos datos muestran la variedad de diferentes estructuras de galaxias que ya existen menos de 1.500 millones de años después del Big Bang (nuestro universo tiene 13.800 millones de años). Algunas de las imágenes en realidad contienen galaxias fusionadas; por ejemplo, el objeto en la fila superior, segundo desde la izquierda, son en realidad tres galaxias que se están fusionando. Otras galaxias parecen tener un orden más uniforme y pueden ser espirales; un claro ejemplo está en la segunda fila, primera galaxia desde la izquierda. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, se muestra a escala para ayudar a visualizar los pequeños tamaños de estas galaxias infantiles. Crédito:Michele Ginolfi (colaboración ALPINE); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); NASA / JPL-Caltech / R. Herido (IPAC)
Nuevos resultados de un ambicioso programa de estudios del cielo, llamado ALPINE, revelan que las galaxias giratorias en forma de disco pueden haber existido en grandes cantidades antes en el universo de lo que se pensaba anteriormente.
El programa ALPINE, formalmente denominado "Programa grande de ALMA para investigar C + en los primeros tiempos, "utiliza datos obtenidos de 70 horas de observaciones del cielo con el observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) en Chile, en combinación con datos de observaciones previas de una serie de otros telescopios, incluido el Observatorio W. M. Keck en Hawai y los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA. Específicamente, el sondeo observó un trozo de cielo que contenía docenas de galaxias remotas.
"Este es el primer estudio de múltiples longitudes de onda desde el ultravioleta hasta las ondas de radio de galaxias distantes que existieron entre mil y 1.5 mil millones de años después del Big Bang, "dice Andreas Faisst, un científico de planta en IPAC, un centro de astronomía en Caltech, y un investigador principal del programa ALPINE, que incluye a científicos de todo el mundo.
Una de las funciones clave de ALPINE es utilizar ALMA para observar la firma de un ion conocido como C +, que es una forma de carbono cargada positivamente. Cuando la luz ultravioleta de las estrellas recién nacidas golpea las nubes de polvo, crea los átomos de C +. Midiendo la firma de este átomo, o "línea de emisión, "en galaxias, los astrónomos pueden ver cómo están rotando las galaxias; a medida que el gas que contiene C + en las galaxias gira hacia nosotros, su firma luminosa cambia a longitudes de onda más azules, y mientras gira, la luz cambia a longitudes de onda más rojas. Esto es similar a la sirena de un coche de policía que aumenta de tono a medida que avanza hacia usted y disminuye a medida que se aleja.
Usando ALMA, los científicos pueden medir la rotación de las galaxias en el universo temprano con una precisión de varios 10 kilómetros por segundo. Esto es posible al observar la luz emitida por carbono ionizado individualmente en las galaxias, también conocido como C +. La emisión de C + de las nubes de gas que giran hacia nosotros se cambia a más azul, longitudes de onda más cortas, mientras que las nubes que giran lejos de nosotros emiten luz cambiada a más tiempo, longitudes de onda más rojas. Midiendo este cambio de luz, los astrónomos pueden determinar qué tan rápido giran las galaxias. Crédito:Andreas Faisst (colaboración ALPINE)
El equipo de ALPINE realizó las mediciones de C + en 118 galaxias remotas para crear un catálogo no solo de sus velocidades de rotación, sino también de otras características como la densidad del gas y la cantidad de estrellas que se forman.
El estudio reveló galaxias rotas rotas que estaban en proceso de fusión, además de galaxias en forma de espiral aparentemente perfectamente lisas. Aproximadamente el 15 por ciento de las galaxias observadas tenían un rotación ordenada que se espera para las galaxias espirales. Sin embargo, los autores señalan, las galaxias pueden no ser espirales, sino discos giratorios con grupos de material. Las observaciones futuras con la próxima generación de telescopios espaciales señalarán la estructura detallada de estas galaxias.
"Estamos encontrando galaxias en rotación bien ordenadas en esta etapa muy temprana y bastante turbulenta de nuestro universo, "dice Faisst." Eso significa que deben haberse formado mediante un proceso suave de recolección de gas y aún no han chocado con otras galaxias. as many of the other galaxies have."
By combining the ALMA data with measurements from other telescopes, including the now-retired Spitzer, which specifically helped measure the masses of the galaxies, the scientists are better able to study how these young galaxies evolve over time.
The object pictured above is DC-818760, which consists of three galaxies that are likely on collision course. Like all the galaxies in the ALPINE survey, it has been imaged by different telescopes. This "multi-wavelength" approach allows astronomers to study in detail the structure of these galaxies. NASA's Hubble Space Telescope (blue) reveals regions of active star formation not obscured by dust; NASA's now-retired Spitzer Space Telescope (green) shows the location of older stars that are used to measure the stellar mass of galaxies; and ALMA (red) traces gas and dust, allowing the amount of star formation hidden by dust to be measured. The picture at the top of the image combines light from all three telescopes. The velocity map on the bottom shows gas in the rotating galaxies approaching us (blue) or receding (red). Credit:Gareth Jones &Andreas Faisst (ALPINE collaboration); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/STScI; JPL-Caltech/IPAC (R. Hurt)
"How do galaxies grow so much so fast? What are the internal processes that let them grow so quickly? These are questions that ALPINE is helping us answer, " says Faisst. "And with the upcoming launch of NASA's James Webb Space Telescope, we will be able to follow-up on these galaxies to learn even more."
El estudio, led by Faisst, titled, "The ALPINE-ALMA [CII] Survey:Multi-Wavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements, " was funded by NASA and the European Southern Observatory.
A brief overview of the survey, produced by a team led by Olivier LeFèvre of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), is at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019 … v191009517L/abstract; the ALMA data is detailed in another paper by a team led by Matthieu Béthermin of LAM, available at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020 … v200200962B/abstract .
