Para comprender cómo se formaron las primeras estructuras en el Universo, los astrofísicos estudian las galaxias más lejanas. A estas galaxias, muy difíciles de observar, se las reconoce porque las líneas espectrales de sus elementos químicos aparecen muy desplazadas hacia el rojo (valores altos de “z”). Es el caso de las dos galaxias primitivas (a z = 5,07, equivalente a 12.550 millones de años; la edad actual del universo es de 13.700 millones de años) que un equipo liderado por investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna (ULL) ha analizado con el espectrógrafo OSIRIS del Gran Telescopio CANARIAS (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Muy próximas entre sí y en interacción con una tercera, estas galaxias han tenido al menos dos brotes de formación estelar, uno hace 100 millones de años y otro muy reciente, hace tan sólo 2 millones de años. En el estudio, que acaba de ser publicado en la revista MNRAS Letters, han tenido una participación importante investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). También han colaborado investigadores de la Universidad de Ginebra, la empresa pública GRANTECAN, el Instituto de Astrofísica de Cantabria (CISC-UC) y la Universidad de Bochum.
Arqueología astronómica
El modelo teórico más aceptado que explica cómo se formaron las galaxias (“modelo jerárquico”) establece que las más grandes se formaron como resultado de la fusión de galaxias más pequeñas. En estos violentos procesos siempre se producen intensos brotes de formación estelar, tras los que se generan nuevas galaxias, más grandes y masivas que sus progenitoras.
En las últimas décadas, se ha progresado mucho en el estudio de estas galaxias lejanas gracias a una mejor instrumentación en los grandes telescopios y a nuevas técnicas de observación. Sin embargo, una pregunta clave que aún falta por desvelar es cómo era la producción de estrellas en esas galaxias primigenias. La mayor parte de los estudios asume que las estrellas se formaban de manera continua, consumiendo paulatinamente el gas de la galaxia y convirtiéndolo en estrellas.
Las galaxias distantes son el objeto de estudio del proyecto SHARDS (Survey of High-z Absorption of Red and Dead Sources, Exploración de galaxias rojas y muertas con absorción a alto desplazamiento al rojo). SHARDS es un proyecto ESO/GTC aprobado en 2009 (ver nota de prensa en: http://www.iac.es/divulgacion.php?op1=16&id=712). Este proyecto pretende detectar decenas de miles de galaxias a diferentes distancias y, a través de su estudio detallado, comprender en mayor profundidad cómo se han formado las galaxias a lo largo de la vida del Universo.
“El proyecto SHARDS puede, no obstante, usarse para encontrar galaxias con líneas de emisión. De entre ellas, hemos seleccionado dos galaxias muy próximas que parecen estar interaccionando entre sí e, incluso, con una tercera”, explica José Miguel Rodríguez Espinosa, investigador del IAC/ULL y primer autor del artículo publicado.
El espectrógrafo OSIRIS del GTC ha permitido confirmar un desplazamiento al rojo de ambas galaxias en torno a z= 5,07, mediante la detección de su emisión en Lyman-alfa, la radiación que emite el hidrógeno cuando es ionizado por fuentes muy energéticas, como son las estrellas masivas y jóvenes. Esta línea es de difícil detección, ya que esa radiación puede ser absorbida por nubes interestelares de gas y polvo de las galaxias. A pesar de que estos objetos son muy débiles, se ha podido detectar su emisión en Lyman-alfa usando sólo dos horas de observación con OSIRIS en el GTC. La emisión Lyman-alfa es uno de los pocos trazadores disponibles para el estudio de las primeras galaxias que se formaron en la historia del Universo debido a su desplazamiento al rojo cosmológico.
La combinación de los datos espectroscópicos con fotometría multibanda –del rango ultravioleta al visible- ha revelado también la presencia de dos poblaciones de estrellas distintas en cada una de las galaxias: una población muy joven, con poca masa en su conjunto, más una población vieja, responsable de la mayor parte de la masa de las galaxias observadas. “Es la primera vez –subraya Rodríguez Espinosa- que se detecta formación estelar episódica en galaxias muy primitivas, aunque aún queda pendiente comprobar si este modo de formación estelar es común en galaxias lejanas o se debe a que las galaxias observadas se encuentran en un proceso de interacción”.
El artículo: “Episodic star formation in a group of LAES at z=5.07”, en la revista MNRAS Letters.
Los autores: J.M. Rodríguez Espinosa (IAC/ULL), O. González-Martín (IAC/ULL), N. Castro Rodríguez (IAC/ULL), P.G. Pérez-González (Universidad Complutense de Madrid), J.M. Mas-Hesse (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA), C. Muñoz-Tuñón (IAC/ULL), A. Cava (Universidad de Ginebra, Suiza), N. Cardiel (Universidad Complutense de Madrid), A. Cabrera Lavers (GRANTECAN, La Palma), J. Gallego (Universidad Complutense de Madrid), A. Hernán Caballero, (Instituto de Astrofísica de Cantabria, CISC-UC), N. Herrera Ruiz (Universidad de Bochum, Alemania) y N. Ramírez Olivencia (Universidad Complutense de Madrid).
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