Un equipo científico internacional ha observado, por primera vez, el polvo interestelar de una de las galaxias más lejanas que se conocen gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile. El estudio, dirigido por Nicolas Laporte, astrónomo de la University College London (UCL) en Reino Unido, y anteriormente investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se publica hoy en la revista especializada The Astrophysical Journal Letters y aporta luz sobre el ciclo de vida de las primeras estrellas del Universo.

“La galaxia A2744_YD4 no es sólo la más lejana observada por ALMA –explica Nicolas Laporte- sino que, además, la detección de tanto polvo indica que supernovas tempranas debieron haberla contaminado previamente. Esta observación es también la detección de oxígeno más distante en el universo”.

El polvo cósmico se compone de silicio, carbono y aluminio, con granos tan pequeños como una millonésima de centímetro. Estas partículas se forman en el interior de las estrellas y, cuando mueren, se dispersan por el espacio, especialmente al explotar como supernovas, la última fase de las estrellas masivas. Hoy, este polvo es abundante y vital para la formación de estrellas, planetas y moléculas complejas. Sin embargo, en el universo temprano, antes de que murieran las primeras estrellas, era escaso.

El polvo detectado en A2744_YD4 se observó apuntando las antenas de ALMA hacia un cúmulo de galaxias, denominado Abell 2744, que actuó como una lente gravitacional. Debido a este fenómeno, el cúmulo interviene como si fuera un telescopio gigante que magnifica alrededor de 1,8 veces la galaxia A2777_YD4 y permite observar aún más lejos, es decir, antes en el tiempo.

Las siguientes observaciones se hicieron con el Very Large Telescope (VLT), en Chile, y confirmaron la gran distancia a la que se encuentra A2744_YD4, cuando el Universo tenía 600 millones de años y se estaban formando las primeras estrellas y galaxias. “También utilizamos imágenes obtenidas con el Telescopio Espacial Spitzer –apunta Alina Streblyanska, astrofísica del IAC- para calcular el desplazamiento al rojo aproximado (a partir del cual se puede determinar la distancia a la que se encuentra la galaxia) incluso antes de obtener su espectro”. “Los datos de Spitzer, junto con los del Telescopio Espacial Hubble y el VLT en el infrarrojo cercano fueron cruciales para estimarlo en 8,4”, añade Ismael Pérez Fournon, también investigador del IAC y de la Universidad de La Laguna (ULL).

La detección de polvo de esta época tan temprana revela nuevas pistas del momento en que las primeras estrellas explotaron como supernovas e inundaron el Cosmos de luz, y calcular este “despertar cósmico” es uno de los “Santos Griales” de la astronomía moderna.

El equipo estimó que la galaxia A2744_YD4 tiene una cantidad de polvo equivalente a 6 millones de veces la masa del Sol, mientras que todas sus estrellas equivalen a 2.000 millones de masas solares. También pudieron medir la tasa de formación estelar y encontraron que las estrellas se están formando a un ritmo de 20 masas solares al año, muy rápido si se compara con una masa solar al año en la Vía Láctea.

“Esta velocidad no es inusual en una galaxia tan distante, pero ayuda a conocer a qué ritmo se formó el polvo en ella”, comenta el coautor del estudio Richard Ellis, astrónomo del European Southern Observatory (ESO) y de la UCL. "El tiempo que lleva este proceso es de unos 200 millones de años, así que estamos observando a A2744_YD4 poco después de su formación”.

Por tanto, las estrellas empezaron a formarse aproximadamente 200 millones de años antes de la luz que se ha podido observar ahora. Se abre así una gran oportunidad para que ALMA y otros grandes telescopios comiencen a explorar la época más temprana posible con los telescopios e instrumentación actuales, en la que se “encendieron” las primeras estrellas y galaxias del Universo. Tras 13.000 millones de años, nuestro Sol, nuestro planeta y nuestra existencia son fruto de ellas. Al estudiar su formación, vida y muerte, estamos explorando nuestros orígenes.

“Con más observaciones de este tipo –concluye Nicolas Laporte- podemos rastrear la formación inicial de las estrellas y cómo se enriquecieron químicamente en épocas aún más tempranas del Universo. La perspectiva de futuro es apasionante”.

Artículo: “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy” por Laporte et al. Publicado en The Astrophysical Journal Letters. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa62aa

Contacto:

• Nicolas Laporte (UCL): n.laporte [at] ucl.ac.uk (n[dot]laporte[at]ucl[dot]ac[dot]uk)
• Ismael Pérez Fournon (IAC-ULL): ipf [at] iac.es (ipf[at]iac[dot]es) y +34 922605257
• Alina Streblyanska (IAC): alina [at] iac.es (alina[at]iac[dot]es) y +34922605746
• Richard Ellis (ESO y UCL): rellis [at] eso.org (rellis[at]eso[dot]org)

Nota de prensa del ESO: https://www.eso.org/public/unitedkingdom/news/eso1708/

Vídeo 1: Representación artística de la formación de polvo en supernovas en A2744_YD4

Impresión artística que muestra cómo podría ser la galaxia A2744_YD4, muy joven y lejana, y cómo las estrellas masivas la contaminan con polvo al colapsar y explotar como supernovas. Crédito: ESO/M. Kornmesser.

Vídeo 2: Viaje hacia la galaxia A2744_YD4

Secuencia de vídeo que comienza con un vuelo a través de la débil constelación del Escultor. Justo después se ve un grupo de galaxias distantes, el cúmulo Abell 2744, conocido como el cúmulo de Pandora. Yendo aún más atrás en el universo temprano, el viaje termina en la galaxia A2744_YD4, la más distante jamás vista con ALMA. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)/spaceengine.org/Digitized Sky Survey 2.