El giro lento de la galaxia temprana observado por primera vez

Para el estudio, publicado en Las cartas del diario astrofísicoun equipo internacional de investigadores analizó datos de una galaxia conocida como MACS1149-JD1 (JD1), obtenidos a partir de observaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un conjunto de radiotelescopios en Chile.

La galaxia está tan lejos que su luz nos llega desde una época en que el Universo tenía solo 550 millones de años, el 4% de su edad actual.

Los investigadores, dirigidos por Tsuyoshi Tokuoka de la Universidad de Waseda, encontraron variaciones sutiles en las longitudes de onda de la luz que indicaban que partes de la galaxia se alejaban de nosotros mientras que otras partes se acercaban. A partir de estas variaciones, concluyeron que la galaxia tenía forma de disco y giraba a una velocidad de 50 kilómetros por segundo. Por el contrario, la Vía Láctea, en la posición del Sol, gira hoy a una velocidad de 220 kilómetros por segundo.

A partir del tamaño de la galaxia y la velocidad de su rotación, los investigadores pudieron inferir su masa, lo que a su vez les permitió confirmar que probablemente tenía 300 millones de años y, por lo tanto, se formó unos 250 millones de años después del Big Bang.

«Este es, con mucho, el momento más lejano en el que hemos podido detectar el giro de una galaxia», dijo el coautor, el profesor Richard Ellis del University College London (UCL). “Nos permite trazar el desarrollo de las galaxias en rotación durante el 96% de la historia cósmica: rotaciones que comenzaron lentamente al principio, pero se volvieron más rápidas a medida que el Universo envejecía.

“Estas mediciones respaldan nuestros hallazgos anteriores de que esta galaxia está bien establecida y probablemente se formó unos 250 millones de años después del Big Bang. En una escala de tiempo cósmica, lo vemos rotar poco después de que las estrellas iluminaran el Universo por primera vez”.

«Nuestros hallazgos arrojan luz sobre cómo evolucionaron las galaxias en el Universo primitivo», dijo el coautor, el Dr. Nicolas Laporte, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. “Vemos que, 300 millones de años después de que las nubes moleculares masivas se condensaran y fusionaran en estrellas, se desarrolló un disco galáctico y la galaxia adquirió forma y rotación”.

«Determinar si las galaxias distantes están girando es muy desafiante porque solo aparecen como pequeños puntos en el cielo», dijo el coautor, el profesor Akio K. Inoue, de la Universidad de Waseda, Tokio. «Nuestros nuevos hallazgos se produjeron gracias a dos meses de observaciones y la alta resolución lograda mediante la combinación de los 54 radiotelescopios del observatorio ALMA”.

Cuanto más lejos está una galaxia de la Tierra, más rápido parece alejarse de nosotros. Como los objetos que se alejan emiten luz desplazada hacia longitudes de onda más largas («desplazamiento hacia el rojo»), esto significa que podemos calcular su distancia y, a su vez, su edad, a partir de la extensión del desplazamiento hacia el rojo.

Estudios anteriores han encontrado que el corrimiento al rojo de JD1 es 9.1, lo que significa que lo que vemos es de cuando el Universo tenía 550 millones de años. En el último estudio, el equipo detectó variaciones en el desplazamiento hacia el rojo en toda la galaxia, lo que indica diferencias en la velocidad a la que la galaxia se alejaba de nosotros, lo que significa que, en términos relativos, un lado se alejaba mientras que el otro lado se acercaba. .

A partir de las nuevas observaciones, el equipo concluyó que JD1 tenía solo 3000 años luz de diámetro (en comparación, la Vía Láctea tiene 100 000 años luz de diámetro) y que su masa total era equivalente a 1-2 mil millones de veces la masa del Sol.

Esta masa es consistente con que la galaxia tiene unos 300 millones de años, y la mayor parte de la masa proviene de estrellas maduras que se formaron cerca del comienzo de la vida de la galaxia.

El hallazgo respalda la evidencia anterior de los mismos investigadores, quienes obtuvieron la misma estimación de edad para JD1 en un artículo publicado el año pasado, utilizando una técnica diferente basada en el brillo de la luz en varias frecuencias. Determinaron la edad de seis galaxias, incluida JD1, y concluyeron que el amanecer cósmico, el momento en que las estrellas iluminaron el Universo por primera vez, ocurrió entre 200 y 300 millones de años después del Big Bang.

La investigación fue apoyada por MEXT en Japón, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, el Consejo Europeo de Investigación bajo el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la UE y la Fundación Kavli.

Referencia:
Tsuyoshi Tokuoka et al. ‘Posible Rotación Sistemática en la Población Estelar Madura de la Galaxia az=9.1.’ Las cartas del diario astrofísico (2022). DOI: