Un imparable Monstruo en el Universo temprano - ALMA obtiene la vista más detallada de una galaxia con brote estelar distante

Impresión del artista de la galaxia monstruo COSMOS-AzTEC-1. Esta galaxia se encuentra a 12.400 millones de años luz de distancia y está formando estrellas 1000 veces más rápido que nuestra Vía Láctea. Las observaciones de ALMA revelaron densas concentraciones de gas en el disco y una intensa formación de estrellas en esas concentraciones. Crédito: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Los astrónomos obtuvieron el más detallado cuadro anatómico más de una galaxia monstruosa ubicada a 12.400 millones de años luz de distancia. Usando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), el equipo reveló que las nubes moleculares en la galaxia son altamente inestables, lo que lleva a la formación de estrellas descontroladamente. Se cree que las galaxias mosntruosas son los antepasados ​​de las enormes galaxias elípticas en el Universo de hoy, por lo tanto, estos hallazgos allanan el camino para comprender la formación y evolución de tales galaxias.

"Una de las mejores cosas de las observaciones de ALMA es ver las lejanas galaxias con una resolución sin precedentes", dice Ken-ichi Tadaki, investigador postdoctoral en la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el autor líder del artículo de investigación publicado en la revista Nature.

Las galaxias monstruosas o galaxias de brotes estelares forman estrellas a un ritmo sorprendente; 1000 veces más alto que la formación estelar en nuestra galaxia. Pero ¿por qué son tan activas? Para abordar este problema, los investigadores deben conocer el entorno de los viveros estelares. Dibujar mapas detallados de nubes moleculares es un paso importante para explorar un monstruo cósmico.

Tadaki y el equipo atacaron una galaxia quimérica COSMOS-AzTEC-1. Esta galaxia se descubrió por primera vez con el Telescopio James Clerk Maxwell en Hawái, y más tarde el Telescopio Milimétrico Grande (LMT) en México encontró una enorme cantidad de gas de monóxido de carbono en la galaxia y reveló su estallido oculto. Las observaciones de LMT también midieron la distancia a la galaxia y descubrieron que esta a 12,4 mil millones de años luz ^[1].

Los investigadores han descubierto que COSMOS-AzTEC-1 es rica en ingredientes de estrellas, pero aún era difícil determinar la naturaleza del gas cósmico en la galaxia. El equipo utilizó la alta resolución y la alta sensibilidad de ALMA para observar esta galaxia monstruosa y obtener un mapa detallado de la distribución y el movimiento del gas. Gracias a la configuración de la antena ALMA más extendida, a 16 km, este es el mapa de gas molecular de mayor resolución de una galaxia monstruo distante que jamás se ha realizado.

"Descubrimos que hay dos grandes nubes distintas a varios miles de años luz del centro", explica Tadaki. "En la mayoría de las galaxias distantes de brotes estelares, las estrellas se forman activamente en el centro. Entonces es sorprendente encontrar nubes fuera del centro ".

La galaxia Monstruo  COSMOS-AzTEC-1 observado con ALMA. ALMA reveló la distribución de gas molecular (izquierda) y partículas de polvo (derecha). Además de la densa nube en el centro, el equipo de investigación encontró dos densas nubes a miles de años luz del centro. Estas nubes densas son dinámicamente inestables y se cree que son los sitios de formación intensa de estrellas. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Tadaki et al.

Los astrónomos investigaron más a fondo la naturaleza del gas en COSMOS-AzTEC-1 y descubrieron que las nubes en toda la galaxia son muy inestables, lo cual es inusual. En una situación normal, la gravedad hacia el interior y la presión hacia afuera se equilibran en las nubes. Una vez que la gravedad supera la presión, la nube de gas colapsa y forma estrellas a un ritmo rápido. Entonces, las estrellas y las explosiones de supernova al final del ciclo de vida estelar expulsan gases, que aumentan la presión hacia el exterior. Como resultado, la gravedad y la presión alcanzan un estado equilibrado y la formación de estrellas continúa a un ritmo moderado. De esta forma, la formación de estrellas en las galaxias se autorregula. Pero, en COSMOS-AzTEC-1, la presión es mucho más débil que la gravedad y difícil de equilibrar. Por lo tanto, esta galaxia muestra la formación de estrellas fuera de control y se ha transformado en una monstruosa galaxia imparable.

El equipo estimó que el gas en COSMOS-AzTEC-1 se consumirá por completo en 100 millones de años, que es 10 veces más rápido que en otras galaxias que forman estrellas.

Pero, ¿por qué el gas de COSMOS-AzTEC-1 es tan inestable? Los investigadores aún no tienen una respuesta definitiva, pero la fusión de galaxias es una posible causa. La colisión del Galactica puede haber transportado el gas de manera eficiente a un área pequeña y haber desencadenado una intensa formación estelar.

"En este momento, no tenemos evidencia de fusión en esta galaxia". Al observar otras galaxias similares con ALMA, queremos desvelar la relación entre las fusiones de galaxias y las galaxias de monstruos", resume Tadaki.

Publicación e investigación

Estos resultados de observación se publicaron como Tadaki et al. "El disco de gas gravitacionalmente inestable de una galaxia estallido hace 12 mil millones de años" en Nature el 30 de agosto de 2018.

Nota: [1] El corrimiento al rojo medido de COSMOS-AzTEC-1 es z = 4.3. Un cálculo basado en los últimos parámetros cosmológicos medidos con Planck (H0 = 67.3 km / s / Mpc, Ωm = 0.315, Λ = 0.685: Resultados de Planck 2013) arroja la distancia de 12.4 billones de años luz. Consulte "Expresarla distancia a objetos remotos" para más detalles.

Fuente: National Astronomical Observatory of Japan, ALMA,