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El instrumento SINFONI de ESO descubre grandes galaxias de proto-disco en rápida formación tres mil millones de años después del Big Bang.

Comunicado de Prensa ESO PR 31/06.

Un grupo internacional de astrónomos ha descubierto grandes galaxias de disco similares a nuestra Vía Láctea que se deben haber formado en una escala temporal rápida, apenas tres mil millones de años después del Big Bang. En uno de esos sistemas, la combinación de técnicas de óptica adaptativa con el nuevo espectrógrafo SINFONI del Telescopio Muy Grande (VLT) de eso resultó en una resolución récord de apenas 0,15 arcosegundos, con lo se obtuvo una visión con un detalle sin precedentes de la anatomía de una galaxia de proto-disco como ésa.

“Hemos podido, por primera vez, obtener imágenes bidimensionales de buena resolución de los movimientos de gas en galaxias en formación lejanas, cuya luz ha viajado más de 11 000 millones de años para llegar hasta la Tierra”, dijo Reinhard Genzel, autor principal del artículo del número de esta semana de la revista Nature en el cual se presentan estos resultados.

Esto muestra la historia de cómo lucían las galaxias apenas 3 000 millones de años después del Big Bang.

ESO PR Foto 31a/06: Emisión de la galaxia BzK-15504 (SINFONI/VLT)Línea de emisión H-alfa de la galaxia BzK-15504, con un corrimiento al rojo cosmológico de 2,38, lo que corresponde a una época 3 000 millones de años posterior al Big Bang. Los colores muestran si el gas ionizado se aleja de nosotros (rojo), si se acerca (azul) o si está estacionario (verde), relativo al marco general de reposo de la galaxia. Estos datos (con una resolución de 0,15 arcosegundos, o sea 4 000 años luz a la distancia en que se encuentra la galaxia), muestran muy claramente por primera vez los movimientos del gas en una galaxia distante del universo temprano. La galaxia parece ser un disco, como nuestra Vía Láctea, y rota a 230 km/s alrededor del eje amarillo, el cual está centrado sobre el núcleo de la galaxia (cruz blanca).

A lo largo de la pasada década los astrónomos han establecido un marco global de cómo se formaron y evolucionaron las galaxias cuando el universo tenía apenas unos pocos miles de millones de años de edad. El gas de materia ordinaria se enfrió y se reunió en concentraciones de la misteriosa “materia oscura” (también llamadas halos de materia oscura). Desde esa época y hasta el presente, las colisiones y las fusiones de las galaxias llevaron subsecuentemente a la formación jerárquica de masas galácticas. Esta imagen general deja abiertos, sin embargo, los asuntos de las escalas temporales en las que se ensamblaron las galaxias y de cómo y cuándo se formaron los abultamientos y los discos, que son los componentes principales de las galaxias actuales.

Un gran estudio de galaxias distantes y luminosas de formación estelar con el VLT de ESO, la así llamada inspección SINS (Spectroscopic Imaging Survey in the Near-Infrared with SINFONI = Inspección Fotográfica Espectroscópica en el Infrarrojo Cercano con SINFONI) [1], ha dado como resultado un gran avance en estas cuestiones. Este estudio explotó a SINFONI, un nuevo “espectrómetro de campo integral” infrarrojo que genera simultáneamente imágenes claras, gracias a la óptica adaptativa, e información de colores (espectros) de alta resolución de un objeto en el cielo.

En el caso de la galaxia BzK155043 con un corrimiento al rojo cosmológico de 2,4, las observaciones SINFONI alcanzaron una resolución angular de 0,15 arcosegundos, es decir apenas 4 000 años luz a la distancia en que se encuentra esta lejana galaxia. Con esta resolución angular de calidad superior los datos revelan las propiedades físicas y dinámicas con un detalle sin precedentes. Sorprendentemente, las observaciones un gran y masivo proto-disco en rotación que está enviando gas hacia un abultamiento estelar central en crecimiento.

Las altas densidades superficiales de gas, la tasa muy alta de formación estelar y las relativamente jóvenes edades estelares derivadas de esas observaciones sugieren que el sistema se ensambló rápidamente, por fragmentación y por formación estelar en un proto-disco inicialmente muy rico en gas. Las observaciones SINS de otras galaxias masivas de gran corrimiento al rojo arrojan resultados similares.

“Cuando comenzamos el programa SINS”, dijo Genzel, “esperábamos ver principalmente movimientos irregulares y quizás incluso caóticos, causados por la frecuente actividad de fusión en el universo joven. Fue una gran sorpresa encontrar un número de grandes discos rotatorios ricos en gas cuyas propiedades son bastante similares a la Vía Láctea del presente”.

El hecho de que estas galaxias sean tan grandes y que roten rápidamente indica que el gas tiene una velocidad de rotación similar a la del halo de materia oscura a partir del cual se enfrió, resolviendo así empíricamente una importante cuestión de la formación galáctica.

ESO PR Foto 31b/06: Mapas de emisión SINFONI en BzK-15504Los mapas SINFONI de la línea de emisión H-alfa de BzK-15504, separadas en bins de 65 km/s de velocidad Doppler (marcados abajo a la izquierda en cada imagen) en centrados en el corrimiento al rojo sistémico de la galaxia (z=2,38). El norte está arriba y el este a la izquierda. Una barra marca la escala angular de 0,5 arcosegundos. La formación estelar ocurre en complejos espectacularmente luminosos (puntos brillantes), y el gas es enviado en grandes cantidades hacia la región nuclear, formando un denso abultamiento estelar. Con el tiempo, este sistema podrá transformarse en una densa galaxia elíptica.

NOTA: para obtener una animación escaneando todos los canales, pulsar aquí.
Natascha Förster Schreiber, autora principal de otro reciente artículo SINS en el Astrophysical Journal, dijo: “Necesitamos comprender cómo evolucionaron en el tiempo estos proto-discos primitivos. Nuestra sospecha es que pudieron no haber sido estables”.

Los datos SINFONI sugieren que los proto-discos pudieron finalmente haberse transformado en densas galaxias elípticas, ya sea por procesos internos como los espectaculares flujos de gas observados en BzK15504, o por colisiones y fusiones con otras galaxias, que son frecuentes en los densos medioambientes en los cuales parecen residir las galaxias luminosas de formación estelar con alto corrimiento al rojo.

Otro aspecto importante del trabajo es la alta tasa de creación de estrellas deducida para muchas de las galaxias luminosas de formación estelar con alto corrimiento al rojo, y que es aproximadamente unas cien veces mayor que en nuestra Vía Láctea actual.

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“Tenemos un creciente montón de evidencia de que las galaxias masivas se formaron mucho más rápidamente en el rango del corrimiento al rojo entre 2 y 3, que lo que anticipábamos originalmente”, dijo Andrea Cimatti, una miembro del equipo de la Universidad de Bolonia. “Los nuevos datos SINFONI nos ofrecen un primer vistazo de los procesos que pudieron haber ocurrido”.

El programa SINS del VLT es una demostración asombrosa de lo que llegará a ser posible en los próximos años, con la combinación de la espectroscopía de campo integral y la óptica adaptativa.

NOTAS:

[1].- SINFONI es una combinación de un novel “espectrómetro de campo integral” (SPIFFI) y un módulo especial de óptica adaptativa (MACAO). El módulo de campo integral SPITTI ofrece información detallada del color (o espectro) de cada uno de 2 000 puntos espaciales en el cielo, ordenados sobre un campo bidimensional continuo de 32 x 64 píxeles. El módulo de óptica adaptativa MACAO siente la distorsión de las imágenes creada por la refracción y la turbulencia de la atmósfera terrestre por medio de un rápido análisis de las imágenes de una estrella cercana al objeto que se estudia. Entonces, se emplea un espejo deformable en el sendero de luz del instrumento para contrarrestar las distorsiones causadas por la atmósfera. Así, en su modo único de óptica adaptativa, SINFONI produce imágenes de muy alta resolución para cada uno de los 2 000 canales espectrales. SINFONI fue desarrollado y construido por un consorcio internacional integrado por el Instituto Max-Plank de Física Extraterrestre (Garching, Alemania), FRG (P.I. Frank Eisenhauer), ESO (P.I. Henri Bonnet) y NOVA (Leiden, Holanda) (coordinador P. van der Werf). Para más información sobre SINFONI, véanse (en inglés) las páginas web de SINFONI y ESO PR 21/04.

[2].- Los científicos involucrados en el programa de Estudio Fotográfico Espectroscópico con SINFONI son: R. Abuter, N. Bouché, R. Davies, F. Eisenhauer, N.M. Förster Schreiber, R. Genzel, S. Gillessen, M.D. Lehnert, D. Lutz, N. Nesvadba, L.J. Tacconi & A. Verma (Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Alemania), A. Cimatti (Osservatorio Arcetri, Italia), E. Daddi (NOAO, Tucson, USA), A. Sternberg (Tel Aviv University, Israel), K. Shapiro (UC Berkeley, USA), A. Renzini (Osservatorio Padova, Italia), X. Kong (Heifei, China), N. Arimoto (NAO Tokyo, Japón), M. Mignoli (Osservatorio Bologna, Italia), D.K. Erb (Center for Astrophysics, Cambridge, USA), A.E. Shapley (Princeton University, USA), C.C. Steidel (Caltech, USA), A. Gilbert (LLNL, USA). R. Genzel está también asociado con el Departamento de Fisica de la Universidad de California, Berkeley (USA).

[3].- Para detalles de los resultados, ver: N.M. Förster Schreiber et al. 2006, Astrophys. Journal 645, 1062, R.Genzel et al., Nature, 17 de Agosto de 2006
X.Kong et al. 2006, Astrophys.J. 638, 72

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Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics,
Garching, Germany
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ESO, astronomía hecha en Europa

VLT (Very Large Telescope) de ESO en Paranal, Chile.© ESO / Paranal

Traducido para Astroseti.org por Heber Rizzo Baladán

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Web Site: ESO Press Release 31/06
Artículo: “Far Away Galaxy Under The Microscope”
Fecha: Agosto 17, 2006

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Enlace con el artículo original en inglés: AQUÍ.