Astrónomos identifican algunas de las galaxias más antiguas del universo

Los astrónomos de la Universidad de Durham y el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA) han encontrado evidencia de que las galaxias satélite más tenues que orbitan nuestra propia Vía Láctea se encuentran entre las primeras galaxias que se formaron en nuestro Universo. 

Los resultados del grupo de investigación sugieren que las galaxias incluidas Segue-1, Bootes I, Tucana II y Ursa Major I, son, de hecho, algunas de las primeras galaxias formadas, que se cree tienen más de 13 mil millones de años. Sus hallazgos se publican en The Astrophysical Journal. 

Cuando el Universo tenía aproximadamente 380.000 años, se formaron los primeros átomos. Estos fueron átomos de hidrógeno, el elemento más simple en la tabla periódica. Estos átomos se acumularon en las nubes y comenzaron a enfriarse gradualmente y se asentaron en los pequeños grupos o "halos" de materia oscura que surgieron del Big Bang. 

Esta fase de enfriamiento, conocida como la "era oscura cósmica", duró unos 100 millones de años. Eventualmente, el gas que se había enfriado dentro de los halos se volvió inestable y comenzó a formar estrellas. Estos objetos son las primeras galaxias que se han formado. Con la formación de las primeras galaxias, el Universo estalló en luz, llevando a la era oscura cósmica a su fin. 

Hitos en la historia del Universo (no a escala). El gas intergaláctico estaba en un estado neutral desde aproximadamente 300,000 años después del Big Bang hasta que la luz de la primera generación de estrellas y galaxias comenzó a ionizarlo. El gas estaba completamente ionizado después de mil millones de años. El estudio LAGER analiza de cerca el estado del Universo a 800 millones de años (recuadro amarillo) para investigar cuándo y cómo ocurrió esta transformación. Crédito: NAOJ.

El Dr. Sownak Bose de la CfA, trabajando con el Dr. Alis Deason y el Profesor Carlos Frenk en el Instituto de Cosmología Computacional (ICC) de la Universidad de Durham, identificó dos poblaciones de galaxias satélite que orbitan la Vía Láctea. 

La primera era una población muy tenue que consistía en las galaxias que se formaron al final de la "era oscura cósmica". La segunda era una población ligeramente más brillante que consistía en galaxias que se formaron cientos de millones de años después; una vez que el hidrógeno que había sido ionizado (es decir, cuyos electrones habían sido anulados), la intensa radiación ultravioleta emitida por las primeras estrellas era capaz de se enfríe en halos de materia oscura más masivos. Eventualmente, los halos de materia oscura se volvieron tan masivos que las galaxias brillantes como nuestra propia Vía Láctea pudieron formarse. 

La distribución de las galaxias satélite que orbitan alrededor de una galaxia simulada por computadora, según lo predicho por el modelo cosmológico Lambda-frío-oscuro-materia. Los círculos azules rodean a los satélites más brillantes, los círculos blancos a los satélites ultrafinos (tan tenues que no son fácilmente visibles en la imagen). Los satélites ultrafinos se encuentran entre las galaxias más antiguas del Universo; comenzaron a formarse cuando el Universo tenía solo unos 100 millones de años (en comparación con su edad actual de 13.800 millones de años). La imagen ha sido generada a partir de simulaciones del proyecto Auriga realizadas por investigadores del Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Reino Unido, el Instituto Heidelberg de Estudios Teóricos, Alemania, y el Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania. Crédito: Durham ICC / HITS / MPIA / Auriga / S. Bose et al.

Sorprendentemente, el equipo descubrió que un modelo de formación de galaxias que habían desarrollado previamente coincidía perfectamente con los datos, lo que les permitía inferir los tiempos de formación de las tenues galaxias satélite. 

El profesor Frenk, director de ICC de Durham, dijo: "Encontrar algunas de las primeras galaxias que se formaron en nuestro universo orbitando en el patio trasero de la Vía Láctea es el equivalente astronómico de encontrar los restos de los primeros humanos que habitaron la Tierra. Emocionante”. 

"Nuestro hallazgo refuerza el modelo actual para la evolución de nuestro Universo, el 'Modelo Lambda-CDM' en el que las partículas elementales que componen la materia oscura impulsan la evolución cósmica", dijo el profesor Frenk. En este modelo, "Lambda" se refiere a la energía oscura, que está causando la aceleración de la expansión del Universo. 

El Dr. Bose, quien era estudiante de doctorado en el ICC cuando comenzó este trabajo y ahora investigador en el CfA, dijo: "Un buen aspecto de este trabajo es que destaca la complementariedad entre las predicciones de un modelo teórico y los datos reales. 

La distribución de las galaxias satélite que orbitan alrededor de una galaxia simulada por computadora, según lo predicho por el modelo cosmológico Lambda-frío-oscuro-materia. Los satélites Ultrafaint se encuentran entre las galaxias más antiguas del Universo; comenzaron a formarse cuando el Universo tenía solo unos 100 millones de años (en comparación con su edad actual de 13.800 millones de años). La imagen ha sido generada a partir de simulaciones del proyecto Auriga realizadas por investigadores del Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Reino Unido, el Instituto Heidelberg de Estudios Teóricos, Alemania, y el Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania. Crédito: Durham ICC / HITS / MPIA / Auriga / S. Bose et al.

"Hace una década, las galaxias más débiles en las cercanías de la Vía Láctea habrían pasado desapercibidas. Con la creciente sensibilidad de los censos de galaxias presentes y futuras, un nuevo tesoro de las galaxias más pequeñas ha salido a la luz, permitiéndonos probar modelos teóricos en nuevos regímenes ". 

El Dr. Deason, miembro de la Royal Society University Research Fellow en la ICC, dijo: "Este es un maravilloso ejemplo de cómo las observaciones de las galaxias enanas más pequeñas que residen en nuestra propia Vía Láctea se pueden utilizar para aprender sobre el Universo primitivo". 

El Dr. Bose es apoyado a través de la beca del Instituto de Teoría y Computación en la Universidad de Harvard, mientras que el Dr. Deason es apoyado por una beca de investigación de la Royal Society University. El Profesor Frenk y el Dr. Deason son apoyados por la Subvención Consolidada del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología para Astronomía y la Universidad de Durham. 

Un artículo describe este trabajo apareciendo en The Astrophysical Journal y está disponible en línea . 

Con sede en Cambridge, Massachusetts, el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA) es una colaboración entre el Observatorio Astrofísico Smithsonian y el Observatorio de Harvard College. Los científicos de CfA, organizados en seis divisiones de investigación, estudian el origen, la evolución y el destino final del universo. 

Fuente: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA)