8 de abril de 2020
 
Publicado 20/02/2020 13:18:18 +01:00CET

Fuertes brotes estelares en protocúmulos hace 12.000 millones de años

Brotes estelares en protocúmulos de galaxias hace 12.000 millones de años
Brotes estelares en protocúmulos de galaxias hace 12.000 millones de años - NAOJ

   MADRID, 20 Feb. (EUROPA PRESS) -

   Astrónomos japoneses han detectado fuertes emisiones infrarrojas con origen en brotes de formación de estrellas ubicados en protocúmulos de galaxias de hace 12.000 millones de años.

   El hallazgo fue posible mediante el estudio extragaláctico profundo y amplio con el instrumento HSC (Hyper Suprime-Cam) en el Telescopio Subaru y datos infrarrojos de archivo tomados por varios telescopios espaciales.

   Las emisiones infrarrojas detectadas fueron más brillantes de lo que se esperaba de la población de galaxias observada en lo visible. Estos resultados indican una formación dramática de estrellas y un crecimiento de agujeros negros supermasivos que no son observables en la óptica sino luminosos en el infrarrojo.

   Hay muchas galaxias en nuestro universo. Existe una dependencia ambiental del tipo de galaxia en que las galaxias elípticas gigantes dominan las regiones densamente galaxiales (cúmulos de galaxias) mientras que las galaxias espirales dominan los campos generales.

   Para investigar cómo se desarrolló la dependencia ambiental de las galaxias, el equipo del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la Universidad de Tokio estudió los progenitores de cúmulos modernos de galaxias, llamados protocúmulos.

   Para restringir las propiedades típicas de los protocúmulos, necesitaban observar muchos protocolos estadísticamente. Sin embargo, la densidad del número de superficie de los protocúmulos es demasiado baja para buscarlos fácilmente. Por lo tanto, solo se conoce un pequeño número de protocúmulos que existieron hace más de 10 mil millones de años.

   HSC en el Telescopio Subaru permite una búsqueda efectiva de protocúmulos. HSC es una cámara óptica con un campo de visión extremadamente amplio (aproximadamente 1,8 grados cuadrados, equivalente al área de nueve lunas llenas) y alta sensibilidad.

   Ahora, una encuesta extragaláctica profunda y amplia está en curso con HSC (HSC-SSP). A partir de la encuesta de 120 grados cuadrados de los primeros resultados de HSC-SSP, el equipo seleccionó alrededor de 180 candidatos a protocúmulos. Este es el catálogo más grande de protocolos de la historia, informa el NAOJ en un comunicado.

   El Telescopio Subaru es un telescopio óptico, pero para estudiar las propiedades de la galaxia con más detalle, se necesitan observaciones en varias longitudes de onda. En el caso de una galaxia que forma estrellas rápidamente, la mayor parte de la luz de sus estrellas jóvenes, que es un indicador de la tasa de formación de estrellas, es absorbida por el polvo circundante.

   El equipo necesitaba observar las emisiones infrarrojas / de radio reemitidas por el polvo para evaluar la tasa de formación estelar de una galaxia correctamente. Sin embargo, es difícil de observar en el infrarrojo con telescopios terrestres porque la mayoría de las emisiones infrarrojas son absorbidas por el vapor de agua en la atmósfera. No existe un telescopio espacial de trabajo con la sensibilidad requerida para observar galaxias hace 12.000 millones de años en el infrarrojo.

   ALMA puede observar galaxias distantes en longitudes de onda de radio, sin embargo, su rango de longitud de onda disponible es limitado y no es práctico observar más de 100 protocúmulos.

   Para investigar las propiedades infrarrojas de las galaxias en los protocúmulos, el equipo científico se centró en los datos infrarrojos en los archivos públicos de libre acceso para todos. Utilizaron las imágenes de archivo del estudio de cielo completo en el infrarrojo medio lejano tomadas por cinco telescopios espaciales infrarrojos.

   La resolución espacial y la sensibilidad de estas imágenes son demasiado bajas para resolver galaxias distantes individualmente, sin embargo, al apilar las imágenes de los 180 candidatos a protocúmulos seleccionados con HSC, restringieron con éxito el flujo infrarrojo total promedio de un protocolo. Especialmente, el flujo infrarrojo medio-lejano (30-200 micras) de galaxias a los 12.000 millones de años ha sido desconocido.

   Sorprendentemente, el flujo infrarrojo total promedio de un protocolo es más brillante que el que se esperaba de la población de galaxias encontrada por HSC. Esto implica que hay galaxias que no son observables en la óptica pero que son luminosas en el infrarrojo.

   ¿Cuál es el origen de esta fuerte emisión infrarroja? El equipo investigó la distribución del flujo a la longitud de onda en el infrarrojo y descubrió que la temperatura promedio del polvo de los protocolos es más cálida que la de una galaxia típica de formación estelar. Eso implica que no solo hay galaxias formadoras de estrellas típicas, sino que también están creciendo agujeros negros súpermasivos en los centros de las galaxias (llamados núcleos galácticos activos) y/o galaxias de estallido de estrellas polvorientas que calientan el polvo a temperaturas más altas.

   Este estudio demuestra la necesidad de estudiar los protocolos de las longitudes de onda fuera de la cobertura de longitud de onda de los grandes telescopios terrestres como el Telescopio Subaru y ALMA.

   Para estudiar más detalladamente las galaxias en los protocolos, las galaxias individuales deben ser resueltas en el infrarrojo medio a lejano, sin embargo, no hay telescopio capaz de tales observaciones en este momento. El líder del equipo, Mariko Kubo, becario postdoctoral en NAOJ, dice: "En el futuro, SPICA, el futuro telescopio espacial planeado por Japón y la ESA, revelará las formas de galaxias distantes en el infrarrojo medio-lejano".

   Este estudio fue publicado en The Astrophysical Journal.