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Esta ilustración muestra cómo funciona la lente gravitacional. La gravedad de un gran cúmulo de galaxias es tan fuerte que dobla, ilumina y distorsiona la luz de las galaxias distantes detrás de ella. La escala ha sido muy exagerada; en realidad, la galaxia distante está mucho más lejos y es mucho más pequeña. Crédito de imagen: NASA, ESA, L. Calcada
Por Matt William, para Unverse Today Noviembre 6 de 2017
Desde el despliegue del Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han podido mirar más profundamente en la red cósmica que nunca antes. Cuanto más lejos se han mirado, más atrás en el tiempo pueden ver y así aprender cómo era el Universo hace miles de millones de años. Con el despliegue de otros telescopios y observatorios de vanguardia, los científicos han podido aprender mucho más sobre la historia y la evolución del cosmos.
Más recientemente, un equipo internacional de astrónomos que utilizaron el Telescopio Gemini Norte en Hawai pudieron detectar una galaxia espiral ubicada a 11 mil millones de años luz de distancia. Gracias a una nueva técnica que combina lentes gravitacionales y espectrografía, pudieron ver un objeto que existía solo 2,6 mil millones de años después del Big Bang. Esto hace que esta galaxia espiral, conocida como A1689B11, sea la galaxia espiral más antigua y distante descubierta hasta la fecha.
El estudio que detalla los hallazgos del equipo, titulado "La galaxia espiral más antigua: un disco de 2.6 Gyr con un campo de velocidad tranquilo", apareció recientemente en The Astrophysical Journal. El equipo estaba formado por miembros de la Swinburne University of Technology, el Centro de Excelencia del Australian Research Council en All Sky Astrophysics en 3D (ASTRO 3D), la Universidad de Lyon, la Universidad de Princeton y el Instituto Racah de Física en la Universidad Hebrea de Jerusalén .
La galaxia espiral A1689B11 se encuentra detrás de un cúmulo masivo de galaxias que actúa como una lente, produciendo dos imágenes magnificadas de la galaxia espiral en diferentes posiciones en el cielo. Crédito de la imagen: James Josephides
Juntos, el equipo se basó en la técnica de lente gravitacional para detectar A1689B11. Esta técnica se ha convertido en un pilar para los astrónomos, e involucra el uso de un objeto grande (como un cúmulo de galaxias) para doblar y magnificar la luz de una galaxia ubicada detrás de él. Como explicó en una declaración de Swinburne el Dr. Tiantian Yuan, astrónomo de Swinburne y autor principal del estudio de investigación:
"Esta técnica nos permite estudiar galaxias antiguas en alta resolución con detalles sin precedentes. Somos capaces de ver 11 mil millones de años atrás en el tiempo y ser testigos directos de la formación de los primeros y primitivos brazos espirales de una galaxia ".
Luego usaron el espectrógrafo de campo integral infrarrojo cercano (NIFS) en el telescopio Gemini North para verificar la estructura y la naturaleza de esta galaxia espiral. Este instrumento fue construido Peter McGregor de la Universidad Nacional de Australia (ANU), que ahora es responsable de mantenerlo. Gracias a este último descubrimiento, los astrónomos ahora tienen algunas pistas adicionales sobre cómo las galaxias tomaron las formas con las que estamos familiarizados hoy en día.
Basado en el esquema de clasificación desarrollado por el famoso astrónomo Edwin Hubble (la "Secuencia de Hubble", las galaxias se dividen en 3 clases amplias basadas en sus formas - elípticas, lenticulares y espirales - con una cuarta categoría reservada para galaxias de "forma irregular". De acuerdo con este esquema, las galaxias comienzan como estructuras elípticas antes de ramificarse para convertirse en espirales, lenticulares o irregulares.
Una figura que ilustra la secuencia de Hubble, que muestra las galaxias elípticas (izquierda) y evoluciona para ajustarse a las tres amplias categorías (derecha) de elípticas, lenticulares y espirales. Crédito de la imagen: Ville Koistinen
Como tal, el descubrimiento de una galaxia espiral tan antigua es crucial para determinar cuándo y cómo las primeras galaxias comenzaron a pasar de ser elípticas a adoptar sus formas modernas. Como dice el Dr. Renyue Cen, astrónomo de la Universidad de Princeton y coautor del estudio:
"Estudiar espirales antiguas como A1689B11 es la clave para descubrir el misterio de cómo y cuándo surge la secuencia de Hubble. Las galaxias espirales son excepcionalmente raras en el Universo temprano, y este descubrimiento abre la puerta a la investigación de cómo las galaxias pasan de discos turbulentos y muy caóticos a discos tranquilos y delgados como los de nuestra galaxia Vía Láctea ".
Además de eso, este estudio mostró que la galaxia espiral A1689B11 tiene algunas características sorprendentes que también podrían ayudar a informar (y desafiar) nuestra comprensión de este período en la historia cósmica. Como explicó el Dr. Yuan, estas características están en marcado contraste con las galaxias tal como existen hoy en día. Pero igualmente interesante es el hecho de que también diferencia a esta galaxia espiral de otras galaxias que son similares en edad.
"Esta galaxia está formando estrellas 20 veces más rápido que las galaxias en la actualidad, tan rápido como otras galaxias jóvenes de masas similares en el Universo temprano", dijo el Dr. Yuan. "Sin embargo, a diferencia de otras galaxias de la misma época, A1689B11 tiene un disco muy fresco y delgado, girando con calma y sorprendentemente poca turbulencia. ¡Este tipo de galaxia espiral nunca se había visto antes en esta época temprana del Universo! "
Ilustración de la profundidad con la que el Hubble imaginó galaxias en iniciativas anteriores de Campos Profundos, en unidades de la Era del Universo. Crédito de la imagen: NASA y A. Feild (STScI)
En el futuro, el equipo espera realizar más estudios de esta galaxia para resolver aún más su estructura y naturaleza, y compararla con otras galaxias espirales de esta época. De particular interés para ellos es cuando se produce el inicio de los brazos espirales, lo que debería servir como una especie de marcador de límite entre las galaxias elípticas antiguas y las formas espirales, lenticulares e irregulares modernas.
Continuarán confiando en el NIFS para realizar estos estudios, pero el equipo también espera contar con los datos recopilados por el Telescopio Espacial James Webb (que se lanzará en 2019). Se espera que estos y otros estudios en los próximos años revelen información vital sobre las primeras galaxias en el Universo y revelen nuevas pistas sobre cómo cambió con el tiempo.