Observaciones de ALMA, junto con el NSF VLA, revelan el primer núcleo de protocúmulo fuertemente lenteado, mostrando una intensa explosión de crecimiento galáctico en el universo temprano.
Astrónomos utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), junto con el Very Large Array (NSF VLA) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., han descubierto una región extraordinariamente activa y poco común en el universo temprano donde se está formando rápidamente un futuro cúmulo de galaxias. Al aprovechar un poderoso fenómeno natural conocido como lente gravitacional, ALMA reveló un enjambre compacto de galaxias jóvenes, envueltas en polvo, que forman estrellas a un ritmo excepcional hace más de 11 mil millones de años.
El descubrimiento marca el primer núcleo de protocúmulo fuertemente lenteado jamás identificado, proporcionando una vista sin precedentes y magnificada de una de las primeras estructuras a gran escala del universo en formación. Observaciones complementarias con el NSF VLA ayudaron a caracterizar tanto las galaxias distantes como el cúmulo masivo en primer plano responsable del efecto de lente.
Los cúmulos de galaxias son las estructuras ligadas gravitacionalmente más grandes del universo. Sus ancestros, conocidos como protocúmulos, son regiones donde las galaxias aún se están formando, convirtiendo rápidamente el gas en estrellas y aumentando su masa. Estudiar estos sistemas permite a los astrónomos rastrear cómo los cúmulos masivos actuales emergieron de entornos más pequeños y densos en el cosmos temprano.
Las observaciones de alta resolución de ALMA revelaron que lo que inicialmente parecía ser una única fuente brillante en los datos de encuestas de todo el cielo es en realidad un grupo estrechamente empaquetado de al menos 11 galaxias formadoras de estrellas polvorientas. Estas galaxias están confinadas a una región de solo unos cientos de miles de años luz de diámetro, notablemente compacta en escalas cósmicas, y están experimentando intensas ráfagas de formación estelar.
Debido a que estas galaxias están fuertemente envueltas en polvo, la mayor parte de su luz visible es absorbida y reemitida en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. La sensibilidad de ALMA a este polvo frío y gas molecular permitió a los astrónomos detectar la materia prima que alimenta la formación estelar y medir la dinámica del sistema con una claridad excepcional.
El protocúmulo se encuentra detrás de un cúmulo de galaxias masivo en primer plano cuya gravedad actúa como una lupa cósmica, doblando y amplificando la luz del sistema más distante. Este efecto de lente gravitacional aumenta drásticamente la capacidad de ALMA y el NSF VLA para resolver galaxias individuales y estudiar sus propiedades en detalle, transformando efectivamente el universo mismo en un telescopio.
ALMA detectó emisiones de monóxido de carbono (CO), un trazador clave del gas molecular, lo que ayudó a confirmar que las galaxias comparten una distancia común y forman una estructura físicamente conectada. Estas observaciones muestran que el núcleo del protocúmulo contiene enormes reservas de gas capaces de sostener una vigorosa formación estelar e impulsar la rápida acumulación de masa estelar.
Observaciones complementarias con el NSF VLA proporcionaron datos de radiofrecuencia que ayudaron a mapear el cúmulo en primer plano e identificar emisiones de radio asociadas tanto con la formación estelar como con procesos energéticos dentro del sistema, fortaleciendo la interpretación de la configuración de lente y la naturaleza de las galaxias involucradas.
“Los cúmulos de galaxias son similares a una metrópolis moderna y extensa que se construyó sobre una antigua civilización del pasado. Por ejemplo, si un arqueólogo cava más profundamente en el suelo, entonces descubre una civilización anterior. De manera similar, cuando los astrónomos observan objetos más distantes, pueden mirar más atrás en el tiempo. De esta manera, el estudio de este protocúmulo distante nos da una idea de cómo uno de los primeros ‘asentamientos’ de galaxias creció y evolucionó hacia las estructuras maduras como el cúmulo de galaxias en primer plano que observamos hoy”, dijo Nicholas Foo, estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Arizona.
Los protocúmulos como este representan las primeras fases de construcción de los cúmulos de galaxias que se ven en el universo actual. Al combinar la vista detallada de ALMA del gas y el polvo fríos con observaciones de radio complementarias del NSF VLA, los astrónomos pueden investigar cómo las galaxias crecen, interactúan y evolucionan en los entornos más densos del cosmos temprano.
Esta rara alineación de un protocúmulo joven y una lente masiva en primer plano proporciona una oportunidad excepcional para probar las teorías de la formación de galaxias y cúmulos. Las futuras observaciones de ALMA explorarán más a fondo cómo estos sistemas compactos y ricos en polvo evolucionan y cómo sus entornos extremos dan forma a las galaxias que eventualmente poblarán los cúmulos masivos miles de millones de años después.
Información Adicional
Los resultados de esta investigación aparecen como «PASSAGES: The Discovery of a Strongly Lensed Protocluster Core Candidate at Cosmic Noon» en la Astrophysical Journal por N. foo et al.
El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos, un socio de ALMA, en nombre de América del Norte.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación del Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) de Taiwán, y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).
La construcción y operación de ALMA están dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.
