El cúmulo de galaxias RXCJ0600-2007 tomado por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, junto con las lentes gravitacionales de la galaxia distante RXCJ0600-z6, a 12.400 millones de años luz de distancia, observada por ALMA (mostrada en rojo). Debido al efecto de lente gravitacional del cúmulo de galaxias, la imagen de RXCJ0600-z6 se intensificó y amplió y pareció dividirse en tres o más partes. Créditos de imagen: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Fujimoto et al., NASA / ESA Hubble Space Telescope
Usando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), los astrónomos descubrieron una joven galaxia giratoria del tamaño de 1/100 de la Vía Láctea en un momento en que el universo tenía solo el 7 por ciento de su edad actual. Con la ayuda del efecto de lente gravitacional, el equipo pudo por primera vez investigar la naturaleza de las “galaxias normales” pequeñas y oscuras en el Universo temprano, representativas de la mayor población de galaxias primitivas, profundizando en gran medida nuestra comprensión de las primeras fase de la evolución de las galaxias.
“Muchas de las galaxias que existían en el universo temprano eran tan pequeñas que su luminosidad está muy por debajo del límite de los telescopios más grandes actuales en la Tierra y en el espacio, lo que dificulta el estudio de sus propiedades y estructura interna”, dice Nicolas Laporte, Kavli Miembro sénior de la Universidad de Cambridge. “Sin embargo, la luz de una galaxia llamada RXCJ0600-z6 ha sido magnificada enormemente por lentes gravitacionales, lo que la convierte en un objetivo ideal para estudiar las propiedades y la estructura de las típicas galaxias pequeñas”.
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 en primer plano o un cúmulo de galaxias. El nombre “lente gravitacional” proviene del hecho de que la gravedad de un objeto masivo actúa como una lente. Cuando miramos a través de una lente gravitacional, la luz de los objetos distantes se amplifica y sus formas se estiran. En otras palabras, es un “telescopio natural” flotando en el espacio.
El ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) utilizó ALMA para buscar un gran número de galaxias en el universo temprano magnificadas por lentes gravitacionales. Al combinar el poder de ALMA con la ayuda de telescopios naturales, los científicos pueden descubrir y estudiar galaxias más débiles.
¿Por qué es crucial estudiar las galaxias más débiles del universo temprano? La teoría y las simulaciones predicen que la mayoría de las galaxias formadas varios cientos de millones de años después del Big Bang son pequeñas y, por lo tanto, débiles. Aunque anteriormente se observaron varias galaxias en el universo temprano, las estudiadas se limitaron a los objetos más masivos y, por lo tanto, a las galaxias menos representativas del universo temprano debido a las capacidades del telescopio. La única forma de comprender la formación de galaxias estándar y obtener una imagen completa de la formación de galaxias es centrarse en las galaxias más débiles y numerosas.
El equipo de ALCS llevó a cabo un programa de observación a gran escala que tomó 95 horas, que es un tiempo muy largo para las observaciones de ALMA, para observar las regiones centrales de 33 cúmulos de galaxias que pueden causar lentes gravitacionales. Uno de estos cúmulos, llamado RXCJ0600-2007, está en la dirección de la constelación de Lepus y tiene una masa de 1000 billones de veces la del Sol. El equipo descubrió una única galaxia distante que está influenciada por la lente gravitacional creada por este telescopio natural. ALMA detectó luz de iones de carbono y polvo de estrellas en la galaxia y, junto con los datos recopilados por el telescopio Gemini, determinó que vemos la galaxia como era unos 900 millones de años después del Big Bang (hace 12.900 millones de años). Un análisis más detallado de estos datos sugiere que parte de esta fuente es 160 veces más brillante que la suya.
Al medir con precisión la distribución de masa de un cúmulo de galaxias, es posible “deshacer” el efecto de lente gravitacional y restaurar la apariencia original del objeto agrandado. Al combinar datos del Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral con un modelo teórico, el equipo pudo 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 de la masa de nuestra propia Vía Láctea.
El equipo se sorprendió de que el RXCJ0600-z6 estuviera girando. Tradicionalmente, se pensaba que el gas en las galaxias jóvenes se encontraba en un movimiento caótico aleatorio. Recientemente, ALMA descubrió varias galaxias jóvenes giratorias que desafiaban los marcos teóricos tradicionales, pero eran varios órdenes de magnitud más brillantes (más grandes) que RXCJ0600-z6.
“Nuestro estudio muestra por primera vez que podemos medir directamente el movimiento interno de galaxias tan débiles (menos masivas) en el Universo temprano y compararlo con predicciones teóricas”, dice Kotaro Kohno, profesor de la Universidad de Tokio y líder del equipo ALCS.
“El hecho de que el RXCJ0600-z6 tenga un aumento muy alto también genera expectativas para futuras investigaciones”, explica Seiji Fujimoto, miembro de DAWN en el Instituto Niels Bohr. “Esta galaxia fue seleccionada entre los cientos que observará el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio espacial de próxima generación que se lanzará este otoño. Mediante observaciones conjuntas con ALMA y JWST, revelaremos las propiedades del gas y una estrella en una galaxia joven y sus movimientos internos. Cuando se completen los 30 metros y el telescopio extremadamente grande, es posible que puedan detectar cúmulos de estrellas en la galaxia e incluso estrellas individuales separadas. Hay un ejemplo de lente gravitacional que ha se ha utilizado para observar una sola estrella a una distancia de 9,5 mil millones de años luz, y esta investigación tiene el potencial de extender este período a menos de mil millones de años después del nacimiento del universo “.
Estos resultados de observación fueron presentados por Seiji Fujimoto et al. “ALMA Lensing Cluster Survey: Bright [CII] 158 μm Líneas de Galaxy Multiplicado Sub-L * en imágenes en z = 6.0719 “w Diario astrofísico 22 de abril de 2021 y Nicolas Laporte et al. “ALMA Lensing Cluster Survey: sistema polvoriento altamente lenticular, con imágenes repetidas en z> 6” en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society 22 de abril de 2021
Proporcionado por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales