ALMA desvela galaxias en el amanecer cósmico escondidas en el polvo

ALMA/DICYT Mientras investigaba datos de galaxias jóvenes y distantes observadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Yoshinobu Fudamoto, de la Universidad de Waseda y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), notó emisiones inesperadas provenientes de regiones aparentemente vacías en el espacio. Un equipo internacional de investigación confirmó que estas señales provenían de dos galaxias no descubiertas hasta ahora muy oscurecidas por el polvo cósmico. Esto sugiere que habrían más de estas galaxias de las esperadas por los investigadores que aún pueden permanecer ocultas en el Universo temprano.

Cuando los astrónomos miran profundamente en el cielo nocturno, están observando cómo solía verse el Universo hace mucho tiempo. Debido a que la velocidad de la luz es finita, el estudio de las galaxias observables más distantes nos permite vislumbrar miles de millones de años en el pasado, cuando el Universo era muy joven y las galaxias recién comenzaban a formarse. El estudio de este «Universo temprano» es una de las mayores fronteras de la astronomía y es esencial para construir modelos astrofísicos precisos y consistentes. Uno de los principales objetivos de los científicos es identificar todas las galaxias en los primeros mil millones de años de la historia cósmica y medir sus velocidades de crecimiento de acuerdo con su tasa de formación estelar.

Se han realizado varios esfuerzos durante las últimas décadas para observar galaxias distantes, que se caracterizan por emisiones electromagnéticas con un fuerte corrimiento al rojo (desplazamiento hacia longitudes de onda más largas) antes de llegar a la Tierra. Hasta ahora, nuestro conocimiento de las primeras galaxias se ha basado principalmente en observaciones con el Telescopio Espacial Hubble (HST) y grandes telescopios terrestres, que sondean su emisión ultravioleta (UV). Sin embargo, recientemente, los astrónomos han comenzado a utilizar la capacidad única de ALMA para estudiar galaxias distantes en longitudes de onda submilimétricas. Esto podría ser particularmente útil para estudiar galaxias polvorientas no detectadas en los estudios del HST debido a que el polvo absorbe la emisión de UV. Dado que ALMA observa en longitudes de onda submilimétricas, puede detectar estas galaxias observando las emisiones delpolvo.

Como parte de un programa extendido de observación llamado REBELS por sus siglas en inglés (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), los astrónomos están utilizando ALMA para observar las emisiones de 40 galaxias seleccionadas del amanecer cósmico. Usando estos datos, algunos investigadores han descubierto recientemente que las regiones alrededor de algunas de estas galaxias contienen más de lo que parece.

Al analizar los datos observados para dos galaxias REBELS, Dr. Yoshida Fudamotodel Instituto de Investigación Científica y de Ingeniería de la Universidad de Waseda en Japón y del Observatorio Nacional de Japón (NAOJ), notó la presencia de fuertes emisiones de polvo y emisiones de carbono ionizado individualmente en posiciones sustancialmente compensadas con respecto a los objetivos iniciales. Para su sorpresa, incluso equipos altamente sensibles como el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Subaru de NAOJ no pudieron detectar ninguna emisión UV característica de galaxias luminosas desde estas posiciones. Para comprender estas misteriosas señales, Fudamoto y sus colegas decidieron investigar más el asunto.

En su último artículo, publicado en Nature, los astrónomos presentan un análisis exhaustivo, revelando que estas emisiones inesperadas provienen de dos galaxias previamente desconocidas ubicadas cerca de los dos objetivos REBELS originales. Estas galaxias no son visibles en las longitudes de onda de luz ultravioleta u óptica porque están casi completamente oscurecidas por el polvo cósmico. Una de ellas además es, hasta ahora, la galaxia oscurecida por polvo más lejana jamás descubierta.

Lo más sorprendente de este hallazgo fortuito es que las galaxias recién descubiertas, que se formaron hace más de 13 mil millones de años, no son extrañas en absoluto en comparación con otras galaxias distantes conocidas en el mismo periodo. «Estas nuevas galaxias se perdieron no porque sean raras, sino solo porque están completamente oscurecidas por el polvo», explica Fudamoto. Si bien es poco común encontrar estas galaxias polvorientas en los inicios del Universo (menos de mil millones de años después del Bigbang), lo que sugiere que el recuento actual de galaxias se encuentra probablemente incompleto y requerirá de estudios más profundos. “Es posible que nos estemos perdiendo una de cada cinco galaxias del Universo temprano” agrega Fudamoto.

Los investigadores esperan que la capacidad sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y su fuerte sinergia con ALMA conduzcan a avances significativos en este campo en los próximos años. “El estudio de galaxias oscurecidas por el polvo, como las que encontramos esta vez, será uno de los principales objetivos de los estudios de JWST y ALMA en un futuro próximo”, afirma Fudamoto.

Este estudio constituye un paso importante para descubrir cuando comenzaron a formarse las primeras galaxias en el Universo primitivo, lo que a su vez nos ayudará a comprender dónde nos encontramos hoy.