El núcleo de las galaxias moribundas masivas ya se formó 1.500 millones de años después del Big Bang

La galaxia moribunda más distante descubierta hasta ahora, más masiva que nuestra Vía Láctea, con más de un billón de estrellas, ha revelado que los 'núcleos' de estos sistemas se habían formado ya 1.5 mil millones de años después del Big Bang, aproximadamente mil millones de años antes que Mediciones anteriores reveladas. El descubrimiento se sumará a nuestro conocimiento sobre la formación del Universo en general, y puede hacer que se revisen los modelos informáticos que utilizan los astrónomos, una de las herramientas más fundamentales. El resultado se obtuvo en estrecha colaboración con Masayuki Tanaka y sus colegas en el Observatorio Nacional de Japón. Ahora se publica en dos trabajos en Astrophysical Journal Letters y Astrophysical Journal.

 Una explosión de una pequeña porción del campo profundo Subaru / XMM-Newton. La galaxia roja en el centro es una galaxia moribunda hace 12 mil millones de años. Los astrónomos midieron el movimiento de las estrellas en la galaxia y descubrieron que el núcleo de la galaxia está casi completamente formado. Crédito: NAOJ / M. Tanaka


¿Qué es una galaxia "muerta"?

Las galaxias se clasifican en general como muertas o vivas: las galaxias muertas ya no forman estrellas, mientras que las galaxias vivas aún son brillantes con actividad de formación de estrellas. Una galaxia de "enfriamiento" es una galaxia en proceso de muerte, lo que significa que su formación estelar se suprime significativamente. Las galaxias de enfriamiento no son tan brillantes como las galaxias totalmente vivas, pero no son tan oscuras como las galaxias muertas. Los investigadores usan este espectro de brillo como la primera línea de identificación cuando observan galaxias en el Universo.
La galaxia moribunda más lejana descubierta hasta ahora revela una notable madurez

Un equipo de investigadores del Centro del Amanecer Cósmico en el Instituto Niels Bohr y el Observatorio Nacional de Japón descubrió recientemente una galaxia masiva muriendo ya 1.5 mil millones de años después del Big Bang, la más distante de su tipo. "Además, descubrimos que su núcleo ya parece estar completamente formado en ese momento", dice Masayuki Tanaka, el autor de la carta. "Este resultado coincide con el hecho de que, cuando estos gigantescos sistemas moribundos todavía estaban vivos y formaban estrellas, podrían no haber sido tan extremos en comparación con la población promedio de galaxias", agrega Francesco Valentino, profesor asistente en el Centro del Amanecer Cósmico en El Instituto Niels Bohr y autor de un artículo sobre la historia pasada de galaxias muertas apareció en el Astrophysical Journal.
¿Por qué mueren las galaxias? - Una de las preguntas más grandes y aún sin respuesta en astrofísica

"La formación estelar suprimida nos dice que una galaxia está muriendo, lamentablemente, pero ese es exactamente el tipo de galaxia que queremos estudiar en detalle para entender por qué muere", continúa Valentino. Una de las preguntas más importantes que la astrofísica aún no ha respondido es cómo una galaxia pasa de formar estrellas a estar muerta. Por ejemplo, la Vía Láctea todavía está viva y lentamente forma nuevas estrellas, pero no muy lejos (en términos astronómicos), la galaxia central del cúmulo de Virgo, M87, está muerta y completamente diferente. ¿Porqué es eso? "Podría tener que ver con la presencia de un agujero negro gigantesco y activo en el centro de las galaxias como M87", dice Valentino.
Los telescopios terrestres encuentran extremos, pero los astrónomos buscan la normalidad


Uno de los problemas para observar galaxias con tanto detalle es que los telescopios disponibles ahora en la Tierra generalmente solo pueden encontrar los sistemas más extremos. Sin embargo, la clave para describir la historia del Universo está en manos de la población mucho más numerosa de objetos normales. "Dado que estamos tratando de descubrir esta normalidad, las limitaciones de observación actuales son un obstáculo que debe superarse".
El telescopio James Webb (JWST) representa la esperanza de un mejor material de datos en el futuro cercano.

El nuevo telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2021, podrá proporcionar a los astrónomos datos con un nivel de detalle que debería ser capaz de mapear exactamente esta "normalidad". Los métodos desarrollados en estrecha colaboración entre el equipo japonés y el equipo del Instituto Niels Bohr ya han demostrado ser exitosos, dado el resultado reciente. "Esto es significativo, porque nos permitirá buscar las galaxias más prometedoras desde el principio, cuando JWST nos da acceso a datos de mucha mayor calidad", explica Francesco Valentino.

El telescopio espacial James Webb, cuyo espejo primario tiene un diámetro de 6,5 metros, se lanzará en 2021. Es el sucesor designado del telescopio espacial Hubble. Crédito: NASA / ESA / MPIA


Combinando observaciones con la herramienta: los modelos informáticos del Universo

Lo que se ha encontrado observacionalmente no está muy lejos de lo que predicen los modelos más recientes. “Hasta hace muy poco, no teníamos muchas observaciones para comparar con los modelos. Sin embargo, la situación está en rápida evolución, y con JWST tendremos valiosas muestras más grandes de galaxias `` normales '' en unos pocos años. Cuantas más galaxias podamos estudiar, mejor podremos comprender las propiedades o situaciones que conducen a un determinado estado, si la galaxia está viva, apagada o muerta. Básicamente se trata de escribir la historia del Universo correctamente y con mayor y mayor detalle. Al mismo tiempo, estamos ajustando los modelos de computadora para tener en cuenta nuestras observaciones, lo que será una gran mejora, no solo para nuestra rama de trabajo, sino también para la astronomía en general ”, explica Francesco Valentino.

El Cosmic Dawn Center cuenta con el apoyo de la Fundación Danesa de Investigación Nacional y la investigación de Francesco Valentino con una subvención de la Fundación Carlsberg: "Galaxias: ascenso y muerte".

Detectada la mayor colisión estelar del universo

 El experimento LIGO capta ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos astros de extrema densidad

El pasado 25 de abril, uno de los instrumentos científicos más precisos que se han construido jamás detectó una ínfima deformación del espacio-tiempo. Los dos rayos de luz láser del detector LIGO, en EE UU, se desplazaron una distancia menor que la milésima parte del tamaño de un protón. Tras meses de análisis, los responsables del experimento acaban de anunciar que la señal era una onda gravitacional producida por uno de los fenómenos más violentos del universo: la fusión de dos estrellas de neutrones.

Todo sucedió a una distancia de 500 millones de años luz de la Tierra o, lo que es lo mismo, hace 500 millones de años, cuando los primeros animales —milpiés del tamaño de un dedo— comenzaban a moverse por nuestro planeta. Cuando las estrellas más grandes que el Sol agotan todo su combustible, explotan en potentes supernovas. Las capas externas de la estrella salen despedidas esparciendo por el universo elementos químicos esenciales para la vida. Mientras, la corteza interior del astro se desploma sobre sí misma y los protones y los electrones se aplastan unos contra otros hasta convertirse en neutrones. La estrella queda transformada en una esfera que concentra más masa que el Sol, pero que tiene apenas un diámetro de 10 kilómetros. Cada cucharadita de estrella de neutrones pesa más de mil millones de toneladas.

“Lo más sorprendente de esta fusión es que se trate de estrellas tan masivas, de hecho es la mayor que hemos observado hasta ahora”, explica Alicia Sintes, investigadora principal del grupo de LIGO en la Universitat de les Illes Balears.

Los fenómenos más violentos del cosmos producen ondas gravitacionales que se expanden a la velocidad de la luz en todas direcciones como las ondas de un estanque al tirar una piedra. La intensidad de estas ondas al llegar a la Tierra es ínfima, pero suficiente para estimar qué fenómeno las produjo. Según las señales captadas por LIGO, en esta ocasión se trata de dos estrellas de neutrones con una masa aproximada de 1,5 y 1,7 veces la del Sol que formaban un sistema estelar binario. Tras su fusión, lo más probable es que hayan formado un agujero negro de más de tres masas solares, comenta Sintes. Estos objetos concentran tanta masa y densidad que nada puede escapar a su fuerza de gravedad, ni siquiera la luz, por eso no se los puede ver con telescopios convencionales. La observación se hizo con el detector de LIGO en Livingston (EE UU) y su localización en el cielo se afinó gracias a la participación del detector de ondas gravitacionales europeo Virgo. Los resultados se han publicado en la página web de LIGO y han sido enviados a una revista científica.

“La composición interna de las estrellas de neutrones sigue siendo muy desconocida. Es posible que estén hechas solo de neutrones, pero también podría ser materia mucho más exótica, como quarks en estado libre. A medida que vayamos detectando más eventos como este con detectores de ondas gravitacionales vamos a poder mirar dentro de estas estrellas y saber de qué están hechas realmente”, resalta Sintes. Los resultados serán publicados en Astrophysical Journal Letters.

En 2017, por primera vez en la historia, se pudieron captar luz y ondas gravitacionales causadas por una fusión de dos estrellas de neutrones ligeramente más pequeñas que las detectadas ahora, lo que supuso un hito en astronomía pues permite observar un mismo fenómeno con luz y ondas gravitacionales. Ese mismo año los padres de LIGO, Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne, ganaron el Nobel de Física por su trabajo en este detector.

En esta ocasión solo se han detectado ondas, y solo se ha hecho desde uno de los dos detectores de LIGO, con lo que la precisión de las medidas no es tan alta y hay una pequeña posibilidad de que la fusión no haya sido entre estrellas de neutrones, sino entre agujeros negros de muy pequeño tamaño.

LIGO tiene previsto funcionar hasta mayo de 2020. Después comenzará una fase de renovación y perfeccionamiento de los detectores que durará un año aproximadamente. También Virgo y otros grandes detectores pararán este año con el mismo objetivo, explica Sintes. “En cierto modo vamos a estar ciegos ante este tipo de eventos; solo seremos capaces de captar los más potentes, ya que el detector GEO600 [en Alemania], con menos sensibilidad, seguirá operativo”, detalla.