La galaxia que podría redefinir la evolución de todas sus compañeras

Cuando Hollis Akins comenzó sus estudios de física hace solo cuatro años, su interés por la astronomía le había llevado a iniciarse en la observación de los fenómenos celestes. Lo que probablemente no sabía entonces es que, incluso antes de terminar el grado, sus investigaciones podrían ser decisivas para entender la formación de las galaxias más jóvenes del universo. Ahora, Akins ha liderado un equipo que ha obtenido resultados inesperados sobre la galaxia A1689-zD1 procedentes del observatorio internacional Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Sus conclusiones se publican en The Astrophysical Journal y se espera que aporten información valiosa sobre una etapa crítica de la evolución de las primeras galaxias.

La galaxia A1689-zD1 se encuentra a unos 13 000 millones de años luz de la Tierra, en el cúmulo de Virgo, y se descubrió por primera vez en 2007. En 2015 se logró ampliar su brillo más de nueve veces gracias a una lente gravitacional, confirmando así la observación. Desde entonces, hay muchos ojos puestos en esta galaxia ya que podría servir de modelo para estudiar la evolución de muchas más. Las últimas observaciones han detectado una acumulación de gas frío y neutro en las regiones exteriores de la galaxia A1689-zD1, además de chorros de gas caliente que proceden del centro de la galaxia.

Un tamaño inesperado

Pero nadie esperaba que se dieran estos procesos en la galaxia A1689-zD1. Normalmente, las galaxias jóvenes como A1689-zD1 tienden a acumular gas carbono en su centro, donde se suelen formar nuevas estrellas. Sin embargo, el halo de gas que se ha detectado en esta galaxia se extiende mucho más allá del centro. Si A1689-zD1 se comporta como las demás galaxias de su generación, las nuevas observaciones indicarían que la galaxia es mucho más grande de lo que se pensaba hasta ahora. O, quizá, el halo de carbono se deba a una fusión anterior de otras galaxias. El proceso podría haber ejercido una enorme fuerza gravitacional en A1689-zD1, provocando que lanzara grandes cantidades de gas neutro muy lejos de su centro.

En cualquier caso, resalta Akins, esta galaxia habría tenido una evolución mucho más dinámica de lo que se creía hasta ahora. Es más, esta actividad podría ser un rasgo común en la formación de más galaxias, aunque se esté observando por primera vez ahora. La galaxia A1689-zD1 pertenece a la categoría de las galaxias ‘normales’, frente a otras más masivas que se formaron más tarde. Pero las nuevas observaciones muestran que A1689-zD1 tiene comportamientos propios de las galaxias masivas, comportamientos que hasta ahora no se pensaba que compartieran con las galaxias normales.

Además, los chorros de gas caliente e ionizado que emite la galaxia A1689-zD1 son más propios de procesos galácticos violentos como las supernovas o los agujeros negros que se ubican en el centro de las galaxias. En estos procesos hay fuertes campos magnéticos capaces de expulsar material gaseoso en forma de chorros muy potentes. Por eso, el equipo investigador sospecha que estos chorros pueden tener algo que ver con el halo de gas carbono, y quieren estudiar por qué el gas que emana la galaxia A1689-zD1 cambia de caliente a frío.

El papel de la radio

Si ha sido posible este descubrimiento es gracias a las observaciones por radio. Hasta ahora, los datos sobre la galaxia A1689-zD1 venían del Telescopio Espacial Hubble, que detecta ondas de luz visible y algunas infrarrojas y ultravioletas. Pero el observatorio ALMA ha complementado la información registrando las ondas de radio procedentes de esta galaxia y ha permitido concluir que el halo de gas carbono es mucho más extenso de lo que reflejaba el Hubble. Esto podría querer decir que las galaxias jóvenes son más grandes de lo que se pensaba. A su vez, revisar el tamaño de las galaxias jóvenes tendría un fuerte impacto sobre la teoría que explica cómo se forman y evolucionan las galaxias en el universo temprano.

De todas formas, ya se sabía que A1689-zD1 era una galaxia singular, porque es la más lejana que se conoce de las que están muy enriquecidas con polvo. Ahora que se ha observado que emite un halo de gas propio de galaxias más tardías, es razonable pensar que este comportamiento es universal, también para las galaxias más modestas. Por eso, entender exactamente cómo ocurren estos procesos en una galaxia tan joven es crucial para entender cómo se formaron las estrellas en el universo temprano.

Revisar lo establecido

Por eso, el equipo liderado por Akins le augura mucho recorrido a la galaxia A1689-zD1. La lente gravitacional que permitió aumentar su brillo ya en 2015 ahora ha logrado desvelar detalles muy importantes pero que, sin la lente, habría sido imposible observar en una galaxia tan lejana. Estos detalles dan cuenta de lo complejas que pueden llegar a ser las galaxias del universo temprano y fuerzan a revisar los conocimientos que se creían establecidos hasta ahora. Por eso se espera que la galaxia A1689-zD1 continúe aportando resultados y nuevas preguntas de investigación.

El siguiente paso será estudiar la galaxia desde una perspectiva más, y ya están programadas las observaciones con el Telescopio Espacial James Webb para enero de 2023. Sus cámaras cubrirán un espectro aún mayor de longitudes de onda y ofrecerán una visión más completa y profunda que, seguro, permitirá conocer esta galaxia, y la historia de nuestro universo, todavía mejor. A la carrera de Hollis Akins, al igual que a la de A1689-zD1, le queda mucho recorrido por delante.

QUE NO TE LA CUELEN:

Una lente gravitacional no es una lente al uso, como la que pueda tener un telescopio, sino un truco astronómico que permite ver objetos muy distantes con mayor nitidez. Los objetos muy masivos, como los agujeros negros o los cúmulos de galaxias, ejercen tal fuerza gravitatoria que el propio espacio-tiempo a su alrededor se curva. Las ondas que viajan por el espacio-tiempo combado se deforman de manera similar a cuando pasan a través de una lente, de ahí el nombre de ‘lente gravitacional’. Al igual que unas gafas nos ayudan a ver objetos distantes, las lentes gravitacionales permiten obtener mejores observaciones de los objetos astronómicos más lejanos.

REFERENCIAS (MLA):

• Akins et al , 2022. “ALMA reveals extended cool gas and hot ionized out in a typical star-forming galaxy at z = 7.13,”. The Astrophysical Journal. https://doi.org/10.48550/arXiv.2206.06939
• Watson, D., Christensen, L., Knudsen, K. et al, 2015. “A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization”. Nature vol. 519, pp. 327–330. Springer Nature,https://doi.org/10.1038/nature14164