Las galaxias masivas ya estaban mucho más maduras en el universo temprano de lo que se esperaba anteriormente. Así lo demostró un equipo internacional de astrónomos que estudiaron 118 galaxias distantes con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).

La mayoría de las galaxias se formaron cuando el universo aún era muy joven. Nuestra propia galaxia por ejemplo, probablemente comenzó a formarse hace 13,6 mil millones de años, en nuestro universo de 13,8 mil millones de años. Cuando el universo tenía solo el diez por ciento de su edad actual (1-1.5 mil millones de años después del Big Bang), la mayoría de las galaxias experimentaron un "crecimiento acelerado". Durante este tiempo, construyeron la mayor parte de su masa estelar y otras propiedades, como el polvo, contenido de elementos pesados, y formas de disco en espiral, que vemos en las galaxias de hoy. Por lo tanto, si queremos aprender cómo se formaron galaxias como nuestra Vía Láctea, es importante estudiar esta época.

En una encuesta llamada ALPINE (el gran programa de ALMA para investigar C + en los primeros tiempos), un equipo internacional de astrónomos estudió 118 galaxias que experimentaron tal "racha de crecimiento" en el universo temprano. "Para nuestra sorpresa, muchos de ellos eran mucho más maduros de lo que esperábamos, "dijo Andreas Faisst del Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos (IPAC) en el Instituto de Tecnología de California (Caltech).

Las galaxias se consideran más "maduras" que "primordiales" cuando contienen una cantidad significativa de polvo y elementos pesados. "No esperábamos ver tanto polvo y elementos pesados ​​en estas galaxias distantes, ", dijo Faisst. El polvo y los elementos pesados ​​(definidos por los astrónomos como todos los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio) se consideran un subproducto de las estrellas moribundas. Pero las galaxias en el universo temprano no han tenido mucho tiempo para construir estrellas todavía, por lo que los astrónomos tampoco esperan ver mucho polvo o elementos pesados ​​allí.

"De estudios anteriores, entendimos que galaxias tan jóvenes son pobres en polvo, "dijo Daniel Schaerer de la Universidad de Ginebra en Suiza." Sin embargo, Encontramos que alrededor del 20 por ciento de las galaxias que se ensamblaron durante esta época temprana ya son muy polvorientas y una fracción significativa de la luz ultravioleta de las estrellas recién nacidas ya está oculta por este polvo. "añadió.

Muchas de las galaxias también se consideraron relativamente adultas porque mostraban una diversidad en sus estructuras, incluyendo los primeros signos de discos soportados rotacionalmente, que luego pueden conducir a galaxias con una estructura en espiral como se observa en galaxias como nuestra Vía Láctea. Los astrónomos generalmente esperan que las galaxias en el universo temprano se vean como restos de trenes porque a menudo chocan. "Vemos muchas galaxias que chocan, pero también vemos varios de ellos girando de manera ordenada sin signos de colisiones, ", dijo John Silverman del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo en Japón.

ALMA ha detectado galaxias muy distantes antes, como MAMBO-9 (una galaxia muy polvorienta) y Wolfe Disk (una galaxia con un disco giratorio). Pero era difícil decir si estos descubrimientos fueron únicos, o si había más galaxias como estas ahí fuera. ALPINE es la primera encuesta que permitió a los astrónomos estudiar un número significativo de galaxias en el universo temprano, y muestra que podrían evolucionar más rápido de lo esperado. Pero los científicos aún no entienden cómo estas galaxias crecieron tan rápido, y por qué algunos de ellos ya tienen discos giratorios.

Las observaciones de ALMA fueron cruciales para esta investigación porque el radiotelescopio puede ver la formación de estrellas que está oculta por el polvo y rastrear el movimiento del gas emitido desde las regiones de formación de estrellas. Los estudios de galaxias en el universo temprano suelen utilizar telescopios ópticos e infrarrojos. Estos permiten la medición de la formación estelar despejada y las masas estelares. Sin embargo, Estos telescopios tienen dificultades para medir regiones oscurecidas por polvo, donde se forman las estrellas, o los movimientos del gas en estas galaxias. Y a veces no ven una galaxia en absoluto. "Con ALMA descubrimos algunas galaxias distantes por primera vez. Las llamamos Hubble-oscuras, ya que no se pudieron detectar ni siquiera con el telescopio Hubble, "dijo Lin Yan de Caltech.

Para obtener más información sobre las galaxias distantes, los astrónomos quieren apuntar ALMA a galaxias individuales durante más tiempo. "Queremos ver exactamente dónde está el polvo y cómo se mueve el gas. También queremos comparar las galaxias polvorientas con otras a la misma distancia y averiguar si podría haber algo especial en sus entornos". "añadió Paolo Cassata de la Universidad de Padua en Italia, anteriormente en la Universidad de Valparaíso en Chile.

ALPINE es el primer y mayor estudio de galaxias de múltiples longitudes de onda en el universo temprano. Para una gran muestra de galaxias, el equipo recopiló mediciones en el óptico (incluido Subaru, VISTA, Hubble, Keck y VLT), infrarrojos (Spitzer), y radio (ALMA). Se necesitan estudios de longitudes de onda múltiples para obtener una imagen completa de cómo se forman las galaxias. "Una encuesta tan grande y compleja solo es posible gracias a la colaboración entre varios institutos de todo el mundo, ", dijo Matthieu Béthermin del Laboratoire d'Astrophysique de Marseille en Francia.