Usando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), Los astrónomos encontraron una galaxia bebé en rotación 1/100 del tamaño de la Vía Láctea en un momento en que el universo tenía solo el 7 por ciento de su edad actual. Gracias a la ayuda del efecto de lente gravitacional, el equipo pudo explorar por primera vez la naturaleza de las "galaxias normales" pequeñas y oscuras en el universo temprano, representante de la población principal de las primeras galaxias, lo que mejora enormemente nuestra comprensión de la fase inicial de la evolución de las galaxias.

“Muchas de las galaxias que existían en el universo temprano eran tan pequeñas que su brillo está muy por debajo del límite de los telescopios más grandes actuales en la Tierra y en el espacio, dificultando el estudio de sus propiedades y estructura interna, "dice Nicolás Laporte, un Kavli Senior Fellow en la Universidad de Cambridge. "Sin embargo, la luz proveniente de la galaxia llamada RXCJ0600-z6, fue muy magnificada por la lente gravitacional, convirtiéndolo en un objetivo ideal para estudiar las propiedades y la estructura de las típicas galaxias bebés ".

La lente gravitacional es un fenómeno natural en el que la luz emitida por un objeto distante es desviada por la gravedad de un cuerpo masivo como una galaxia o un cúmulo de galaxias ubicado en primer plano. El nombre "lente gravitacional" se deriva del hecho de que la gravedad del objeto masivo actúa como una lente. Cuando miramos a través de una lente gravitacional, la luz de los objetos distantes se intensifica y sus formas se estiran. En otras palabras, es un "telescopio natural" flotando en el espacio.

El equipo de ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) utilizó ALMA para buscar una gran cantidad de galaxias en el universo temprano que se agrandaban mediante lentes gravitacionales. Combinando el poder de ALMA, con la ayuda de los telescopios naturales, los investigadores pueden descubrir y estudiar galaxias más débiles.

¿Por qué es crucial explorar las galaxias más débiles del universo temprano? La teoría y las simulaciones predicen que la mayoría de las galaxias formadas unos cientos de millones de años después del Big Bang son pequeñas, y así desmayarse. Aunque se han observado previamente varias galaxias en el universo temprano, los estudiados se limitaron a los objetos más masivos, y por lo tanto las galaxias menos representativas del universo temprano, debido a las capacidades del telescopio. La única forma de entender la formación estándar de las primeras galaxias, y obtener una imagen completa de la formación de galaxias, es centrarse en las galaxias más débiles y numerosas.

El equipo de ALCS realizó un programa de observación a gran escala que tomó 95 horas, que es mucho tiempo para las observaciones de ALMA, para observar las regiones centrales de 33 cúmulos de galaxias que podrían causar lentes gravitacionales. Uno de estos grupos llamado RXCJ0600-2007, se encuentra en la dirección de la constelación de Lepus, y tiene una masa 1000 billones de veces la del Sol. El equipo descubrió una única galaxia distante que está siendo afectada por la lente gravitacional creada por este telescopio natural. ALMA detectó la luz de los iones de carbono y el polvo de estrellas en la galaxia, y junto con los datos tomados con el telescopio Gemini, determinó que la galaxia se ve como era unos 900 millones de años después del Big Bang (hace 12,9 mil millones de años). Un análisis más detallado de estos datos sugirió que una parte de esta fuente se ve 160 veces más brillante de lo que es intrínsecamente.

Midiendo con precisión la distribución de masa del cúmulo de galaxias, es posible "deshacer" el efecto de lente gravitacional y restaurar la apariencia original del objeto ampliado. Combinando datos del Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral con un modelo teórico, el equipo logró reconstruir la forma real de la galaxia distante RXCJ0600-z6. La masa total de esta galaxia es aproximadamente de 2 a 3 mil millones de veces la del Sol, que es aproximadamente 1/100 del tamaño de nuestra propia Vía Láctea.

Lo que asombró al equipo es que RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, Se pensaba que el gas en las galaxias jóvenes tenía al azar, movimiento caótico. Recientemente ALMA ha descubierto varias galaxias jóvenes en rotación que han desafiado el marco teórico tradicional. pero estos eran varios órdenes de magnitud más brillantes (más grandes) que RXCJ0600-z6.

"Nuestro estudio demuestra, por primera vez, que podemos medir directamente el movimiento interno de galaxias tan débiles (menos masivas) en el Universo temprano y compararlo con las predicciones teóricas ", dice Kotaro Kohno, profesor de la Universidad de Tokio y líder del equipo de la ALCS.

"El hecho de que RXCJ0600-z6 tenga un factor de aumento muy alto también genera expectativas para futuras investigaciones, "explica Seiji Fujimoto, miembro de DAWN en el Instituto Niels Bohr. "Esta galaxia ha sido seleccionada, entre cientos, para ser observado por el telescopio espacial James Webb (JWST), el telescopio espacial de próxima generación que se lanzará este otoño. Mediante observaciones conjuntas utilizando ALMA y JWST, revelaremos las propiedades del gas y las estrellas en una galaxia bebé y sus movimientos internos. Cuando se completen el telescopio de treinta metros y el telescopio extremadamente grande, pueden ser capaces de detectar cúmulos de estrellas en la galaxia, y posiblemente incluso resolver estrellas individuales. Hay un ejemplo de lente gravitacional que se ha utilizado para observar una sola estrella a 9.500 millones de años luz de distancia, y esta investigación tiene el potencial de extender esto a menos de mil millones de años después del nacimiento del Universo ".

Estos resultados de observación se presentaron en Seiji Fujimoto et al. "Encuesta de conglomerados de lentes de ALMA:líneas brillantes [CII] de 158 μm de una galaxia Sub-L * con imágenes múltiples en z =6.0719" en el Diario astrofísico el 22 de abril 2021, y Nicolas Laporte et al. "ALMA Lensing Cluster Survey:un sistema polvoriento de múltiples imágenes con lentes intensos en z> 6 "en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society el 22 de abril 2021.