Filamentos masivos alimentan el crecimiento de galaxias y agujeros negros supermasivos

Filamentos en un cúmulo de galaxias masivo utilizando la simulación C-EAGLE. Crédito: Joshua Borrow usando C-EAGLE.

Un grupo internacional de científicos dirigido por el Grupo RIKEN para la Investigación Pionera ha utilizado observaciones del Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) del ESO en Chile y la Suprime-Cam en el telescopio Subaru para hacer observaciones detalladas de Los filamentos de gas que conectan las galaxias en un proto-cúmulo grande y distante en el Universo temprano. Basandose en observaciones directas, descubrieron que, de acuerdo con las predicciones del modelo de formación de galaxias de materia oscura fría, los filamentos son extensos, se extienden a más de 1 millón de parsecs, un parsec de poco más de tres años luz, y están proporcionando el combustible para la formación intensa de estrellas y el crecimiento de agujeros negros súper masivos dentro del proto-cúmulo. 

Las observaciones, que constituyen un mapa muy detallado de los filamentos, se realizaron en SSA22, un proto-cúmulo masivo de galaxias ubicado a unos 12 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Acuario, convirtiéndolo en una estructura del universo primitivo. 

Mapa que muestra los filamentos de gas (azul) que se extienden desde la parte superior a la parte inferior de la imagen, detectados con el instrumento MUSE en el Very Large Telescope. Los puntos blancos incrustados dentro de estos filamentos son galaxias formadoras de estrellas muy activas que están siendo alimentadas por los filamentos y que se detectan utilizando la matriz Atacama Large Millimeter / submillimeter. Crédito: Hideki Umehata.

Los hallazgos, publicados en Science, dan nuevas ideas sobre la formación de galaxias. La creencia dominante en un momento era que las galaxias se formaron y luego se organizaron en grupos, de forma ascendente, pero ahora se cree generalmente que los filamentos en el universo alimentaron la formación de grupos de galaxias y galaxias en los lugares donde los filamentos se cruzaban, creando regiones densas de materia. De acuerdo con esto, el grupo descubrió que la intersección entre los enormes filamentos que identificaron es el hogar de núcleos galácticos activos (agujeros negros supermasivos) y galaxias "explosivas" que tienen una formación estelar muy activa. Han determinano su ubicación a partir de observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) y el Observatorio WM Keck. 

Sus observaciones se basan en la detección de lo que se conoce como radiación alfa de Lyman, la luz ultravioleta que se produce cuando se ioniza el gas de hidrógeno neutro y luego vuelve a su estado fundamental, utilizando el instrumento MUSE. Se descubrió que la radiación era intensa, demasiado alta para provenir de la radiación de fondo ultravioleta del universo. Sus cálculos indicaron que la alta radiación probablemente fue provocada por galaxias formadoras de estrellas y formando agujeros negros. 

Mapa que muestra los filamentos de gas (azul) que se extienden desde la parte superior a la parte inferior de la imagen, detectados con el instrumento MUSE en el Very Large Telescope. En colores, la luz óptica vista por el telescopio Subaru, proviene de las galaxias que son visibles en esta región del cielo nocturno, incluidas las galaxias que están asociadas físicamente con los filamentos, pero también las galaxias en primer plano y fondo de esta estructura. Crédito: Hideki Umehata.

Según Hideki Umehata, de Grupo RIKEN para la Investigación Pionera y la Universidad de Tokio, el primer autor del artículo, "Esto sugiere con mucha fuerza que el gas que cae a lo largo de los filamentos bajo la fuerza de la gravedad desencadena la formación de galaxias explosivas y agujeros negros supermasivos, dando al universo la estructura que vemos hoy ". 

"Las observaciones anteriores", continúa, "habían demostrado que había emisiones de burbujas de gas que se extendían más allá de las galaxias, pero ahora hemos podido mostrar claramente que estos filamentos son extremadamente largos, incluso más allá del borde del campo que vimos "Esto agrega credibilidad a la idea de que estos filamentos en realidad están impulsando la intensa actividad que vemos dentro de las galaxias dentro de los filamentos". 

La coautora Michele Fumagalli de la Universidad de Durham, Reino Unido, dijo: "Es muy emocionante ver claramente por primera vez filamentos múltiples y extendidos en el universo primitivo. Finalmente tenemos una forma de medir estas estructuras directamente y entender en detalle su papel en la regulación de la formación de agujeros negros supermasivos y galaxias". 

Fuente: RIKEN,