Una pareja de galaxias danzarinas crea un monstruo en el amanecer del universo
Astrónomos detectan un par de galaxias en el acto de fusionarse, hace la friolera de 12.800 millones de años.
Por Enrique Coperías
Recreación artística de las galaxias interactuando observadas en esta investigación. Las interacciones gravitacionales durante la fusión desencadenan tanto la actividad de los estallidos estelares como la de los cuásares. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T.Izumi et al.
Un equipo de astrónomos ha detectado una pareja de galaxias en el momento de fusionarse, hace la friolera de12.800 millones de años. Las características de estas galaxias indican que de la fusión surgirá una galaxia monstruosa, uno de los tipos de objetos más brillantes del universo. Estos resultados son importantes para comprender la evolución temprana de las galaxias y los agujeros negros en el cosmos temprano.
Las observaciones llevadas a cabo por los astrónomos han revelado que, incluso en el universo primitivo, los cuásares de alta luminosidad, agujeros negros supermasivos con masas superiores a mil millones de veces la del Sol, ya estaban presentes dentro de las galaxias. También se sabe que las galaxias que albergan cuásares suelen experimentar una intensa formación estelar.
La teoría más aceptada sugiere que las fusiones de galaxias ricas en gas desencadenan y sostienen el rápido crecimiento tanto de los agujeros negros supermasivos centrales como de la actividad estelar. Sin embargo, detectar estas galaxias precursoras y agujeros negros antes de que se conviertan en cuásares brillantes ha sido un reto debido a su debilidad, lo que dificulta nuestra comprensión de la formación de galaxias y agujeros negros en el universo primitivo.
No hay que olvidar que los cuásares son objetos brillantes impulsados por la materia que cae hacia un agujero negro supermasivo situado en el centro de una galaxia del universo primitivo, que abarca las eras densas y calientes de la historia del cosmos desde el big bang, suceso que tuvo lugar hace unos 13.797 millones de años.
Como ya se ha adelantado, cuando dos galaxias ricas en gas se fusionan para formar una única galaxia mayor, la interacción gravitatoria de las dos galaxias hace que el gas caiga hacia el agujero negro supermasivo de una de las galaxias —o de ambas—, lo que desencadena la actividad de los cuásares.
Para probar esta teoría, un equipo internacional de investigadores dirigido por Takuma Izumi utilizó el radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudiar la primera pareja conocida de cuásares cercanos. Este par fue descubierto por Yoshiki Matsuoka, de la Universidad de Ehime (Japón), en imágenes tomadas por el telescopio Subaru.
Las galaxias en interacción observadas por el radiotelescopio ALMA en el amanecer cósmico. Esta imagen muestra la distribución del gas de carbono ionizado, que refleja el reparto general y el movimiento de la materia interestelar. Es claramente visible que las dos galaxias están interactuando y están conectadas por una estructura entre ellas. Las dos equis de la imagen indican las posiciones de los cuásares de baja luminosidad descubiertos por el telescopio Subaru. Crédito: T. Izumi et al.
Situado en la dirección de la constelación de Virgo, esta pareja de cuásares existió durante los primeros 900 millones de años del Uuniverso. El par es tenue, lo que indica que los cuásares aún se encuentran en las primeras etapas de su evolución. Las observaciones de ALMA cartografiaron las galaxias anfitrionas de los cuásares y mostraron que las galaxias están unidas por un puente de gas y polvo. Esto apunta a que las dos galaxias se están fusionando.
«Cuando observamos por primera vez la interacción entre estas dos galaxias, fue como ver un baile, en el que los agujeros negros de sus centros habían iniciado su crecimiento. Fue realmente hermoso», comenta el profesor Takuma Izumi, del ALMA Project, que dirigió la investigación.
Las observaciones de ALMA también permitieron al equipo de investigación medir la cantidad de gas, la materia prima imprescindible para la formación de nuevas estrellas. Los astrónomos descubrieron que las dos galaxias son muy ricas en gas, lo que sugiere que, además de una actividad cuásar más vigorosa en el futuro, la fusión también desencadenará un rápido aumento de la formación estelar, conocido como brote estelar.
Se espera que la combinación de la actividad estelar y la vigorosa actividad de los cuásares cree un objeto superbrillante en el universo primitivo conocido como galaxia monstruo. Este tipo de galaxia suele tener una masa estelar que es varias veces mayor que la de una galaxia normal, y puede albergar miles de millones de estrellas. Un buen ejemplo de una galaxia monstruo es la galaxia elíptica gigante M87, en el cúmulo de Virgo, que es conocida por su tamaño colosal y por albergar un agujero negro supermasivo en su núcleo.
«Con la potencia combinada del telescopio Subaru y ALMA, hemos empezado a desvelar la naturaleza de los motores centrales (agujeros negros supermasivos), así como el gas de las galaxias anfitrionas. Sin embargo, las propiedades de las estrellas de las galaxias anfitrionas siguen siendo desconocidas —comenta Izumi. Y añade—: Gracias al telescopio espacial James Webb, actualmente operativo, podremos conocer las propiedades estelares de estos objetos. Dado que se trata de los antepasados de los cuásares de alta luminosidad, que deberían servir como un valioso laboratorio cósmico, espero profundizar en nuestra comprensión de su naturaleza y evolución a través de diversas observaciones en el futuro».▪️
Información facilitada por ALMA
Fuente: Izumi et al. Merging Gas-rich Galaxies that Harbor Low-luminosity Twin Quasars at z = 6.05: A Promising Progenitor of the Most Luminous Quasars. The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad57c6
