ALMA descubre una galaxia giratoria en el universo primitivo

En nuestro universo de 13.800 millones de años la mayoría de las galaxias, como nuestra Vía Láctea, se forman gradualmente, haciendo acopio de su masa durante miles de millones de años. Pero una investigación realizada con el telescopio ALMA en el desierto de Atacama en Chile ha descubierto una galaxia de disco giratorio masivo que se formó cuando el universo tenía solo el 10% por ciento de su edad actual.

La galaxia DLA0817g, apodada el Disco de Wolfe en honor al fallecido astrónomo Arthur M. Wolfe, es la galaxia de disco giratorio más distante jamás observada. El poder incomparable de ALMA hizo posible ver esta galaxia girando a 272 kilómetros por segundo, una velocidad similar a nuestra Vía Láctea.

El hallazgo, publicado el 20 de mayo en un artículo en la revista Nature, desafía los modelos previamente establecidos para la formación de galaxias.

"Si bien los estudios previos insinuaron la existencia de estas primeras galaxias de disco ricas en gases rotativos, gracias a ALMA ahora tenemos evidencias claras de que se formaron como 1.500 millones de años después del Big Bang", dijo el autor principal de la investigación Marcel Neeleman del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.

¿Cómo se formó el Disco de Wolfe?

El descubrimiento del Disco Wolfe ofrece un desafío para muchas simulaciones de formación de galaxias, que predicen que las galaxias masivas en este punto de la evolución del cosmos crecieron a base de muchas fusiones con galaxias más pequeñas y acumulaciones de masas calientes de gas.

"La mayoría de las galaxias que encontramos al principio del universo parecen 'accidentes de tren' porque experimentaron una fusión gradual y a menudo violenta", explicó Neeleman. "Estas fusiones en caliente dificultan la formación de discos rotativos en frío y bien ordenados como observamos en nuestro universo actual".

Imagen de radio ALMA del disco de Wolfe, cuando el universo tenía solo el 10% de su edad actual/ Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

En la mayoría de simulaciones de formación de galaxias, las galaxias solo comienzan a mostrar un disco bien formado entorno a 6 mil millones de años después del Big Bang. El hecho de que los astrónomos hayan encontrado una galaxia de disco cuando el universo tenía solo el 10% de su edad actual, indica la posibilidad de otros procesos de formación aún desconocidos.

"Creemos que el Disco de Wolfe se formó principalmente gracias a la acumulación constante de gas frío", declara por su parte J. Xavier Prochaska, investigador de la Universidad de California y coautor del artículo. "Aún así, uno de los enigmas que quedan por responder es cómo se puede ensamblar una masa de gas tan grande mientras se mantiene un disco giratorio relativamente estable".

Formación estelar

El equipo también utilizó el observatorio Karl G. Jansky Very Large Array (VLA)  y el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA para obtener más información sobre la formación de estrellas en el disco de Wolfe. En longitudes de onda de radio, ALMA observó los movimientos de la galaxia y la masa de gas atómico y polvo, mientras que el VLA midió la cantidad de masa molecular, el combustible para la formación de estrellas. Por su parte, el telescopio espacial Hubble observó en luz ultravioleta las estrellas masivas. "La tasa de formación de estrellas en el disco Wolfe es al menos diez veces mayor que en nuestra propia galaxia", explica Prochaska. "Debe ser una de las galaxias de disco más productivas del universo primitivo".

El disco Wolfe como se ve con ALMA (derecha - en rojo), VLA (izquierda - en verde) y el telescopio espacial Hubble (ambas imágenes - azul)/ Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; NASA / ESA Hubble. Una galaxia 'normal'

El Disco Wolfe fue descubierto por primera vez por ALMA en 2017. Neeleman y su equipo encontraron la galaxia mientras examinaban la luz de un quásar más distante. La luz del cuásar fue absorbida al pasar a través de un depósito masivo de gas que rodeaba la galaxia, y así ésta fue descubierta. Los astrónomos usaron este método de 'absorción' para encontrar galaxias más débiles y más 'normales' en el universo primitivo.

El hecho de haber encontrado el disco de Wolfe usando este método, plantea Neeleman, indica que DLA0817g pertenece a la población normal de galaxias presente en los primeros tiempos de formación del universo. "Cuando nuestras observaciones más recientes con ALMA mostraron que está girando, nos dimos cuenta de que las primeras galaxias de disco giratorio no son tan raras como pensábamos y que debe de haber muchas más".