Encuentran la clave para detectar las mayores estructuras del universo primigenio

Recreación artística de un protocúmulo de galaxias en el Universo primitivo donde se aprecian galaxias formando nuevas estrellas e interactúan entre sí. Crédito: ESO/M. Kornmesser
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Una investigación internacional, liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), junto con un grupo de universidades italianas, confirma un nuevo método para encontrar protocúmulos de galaxias, las mayores estructuras del universo primordial. Estos progenitores de los actuales cúmulos galácticos son esenciales para comprender la evolución del Universo, pero muy difíciles de detectar. El estudio demuestra que un tipo particular de galaxias, denominadas submilimétricas, son excelentes indicadores de la presencia de protocúmulos distantes. Los resultados se publican en la revista Astronomy & Astrophysics.

Los protocúmulos de galaxias son las estructuras más grandes que poblaron el cosmos primordial apenas 1.000 millones de años después del Big Bang. La comunidad científica está especialmente interesada en estas poblaciones galácticas, progenitoras de los actuales cúmulos de galaxias, ya que al ser tan antiguas pueden ayudar a comprender los procesos de formación y evolución de las estructuras a gran escala del Universo. Sin embargo, identificar protocúmulos no es nada fácil y son muy pocos los que se conocen. 

Para resolver este problema, un equipo científico internacional ha propuesto un nuevo método centrado en un tipo particular de objeto: las galaxias submilimétricas. Descubiertas a finales de la década de 1990, deben su nombre a su intensa emisión en la banda submilimétrica, es decir, la región del espectro electromagnético comprendida entre el infrarrojo y las microondas. Se encuentran entre las galaxias más masivas y polvorientas del Universo, y tienen una elevada tasa de formación estelar, que puede superar en más de cien veces la de la Vía Láctea.

"Varios estudios anteriores habían mostrado evidencias de que las galaxias submilimétricas residen en el centro de protocúmulos de galaxias, pero existía una gran controversia”, explica la autora principal del artículo Rosa Calvi, investigadora de la Universidad de Ferrara y anteriormente investigadora postdoctoral del IAC. “Nuestro trabajo representa el primer estudio sistemático del entorno a gran escala de una muestra de galaxias submilimétricas confirmadas espectroscópicamente", aclara. 

Gracias al estudio realizado, el equipo científico ha demostrado inequívocamente que las galaxias submilimétricas son excelentes indicadores de protocúmulos distantes. Para conseguir este resultado, buscaron estas estructuras primigenias alrededor de doce galaxias submilimétricas y descubrieron que once de ellas están alojadas en ocho protocúmulos. De estos ocho, el nuevo estudio confirmó, de forma independiente, tres que ya se conocían y se encontraron pruebas de la presencia de cinco estructuras nuevas. Una de ellas, alrededor de la galaxia GN10, figura entre los protocúmulos más distantes jamás observados: su luz tardó más de 12.500 millones de años en llegar a la Tierra. 

El estudio también arroja nueva luz sobre la conexión física entre las galaxias submilimétricas y su entorno, mostrando una correlación, hasta ahora no observada, entre la cantidad de gas molecular (el combustible a partir del cual se forman las estrellas) en las galaxias submilimétricas y las sobredensidades de galaxias y protocúmulos. “Para explicar esta correlación, hemos propuesto la hipótesis de que las interacciones entre galaxias en los entornos más densos facilitan el colapso de gas y la consiguiente elevada tasa de formación estelar que caracteriza a las galaxias submilimétricas más brillantes", señala Helmut Dannerbauer, investigador del IAC y de la ULL que también ha participado en el estudio.

En los próximos años, se espera que el número de protocúmulos confirmados aumente considerablemente gracias al uso de instalaciones científicas de nueva generación como el satélite Euclid, una de las principales misiones en curso de la Agencia Espacial Europea (ESA) y en la que el IAC participa activamente. "Con el satélite Euclid, una herramienta revolucionaria para estudiar estructuras a gran escala, esperamos descubrir y caracterizar miles de protocúmulos distantes, lo que supondrá un impulso sin precedentes en el estudio de la evolución de las galaxias", concluye Gianluca Castignani, investigador de la Universidad de Bolonia y coautor del artículo.

Artículo: R. Calvi, G. Castignani, H. Dannerbauer: “Bright submillimeter galaxies do trace galaxy protoclusters”, A&A, Vol. 678, 2023. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346200

Contacto en el IAC:
Helmut Dannerbauer, helmut [at] iac.es

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