Un equipo internacional, en el que participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), utilizó datos combinados de distintos radiotelescopios situados en España para sondear el modo de formación estelar en una galaxia cuando el Universo tenía menos del 30% de su edad actual. El estudio reveló que las propiedades del depósito de gas molecular son similares al de nuestra propia galaxia, una peculiaridad no observada hasta ahora en el universo lejano. El artículo se ha publicado en la revista Astrophysical Journal Letters.

Una cuestión importante en el estudio de las galaxias es el modo de formación estelar, es decir, la eficacia de la conversión del gas frío en estrellas. Hasta ahora, las galaxias del universo primitivo parecen formar estrellas de una manera diferente a la observada en nuestra propia galaxia, lo que resulta desconcertante para los científicos. Para arrojar luz sobre esta cuestión, el gas molecular frío –el combustible para la formación de estrellas– se observa con radiotelescopios.

Sin embargo, debido a las propiedades físicas del gas compuesto por hidrógeno molecular (H2), no se puede observar directamente en la región de radio del espectro, pero sí se puede rastrear a través de la molécula de monóxido de carbono (CO). Y eso es lo que ha hecho el equipo dirigido por Nikolaus Sulzenauer, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía.

En primer lugar, los investigadores seleccionaron una galaxia cuyo brillo está amplificado por el efecto de lente gravitacional ejercido por un cúmulo de galaxias intermedio. Posteriormente, buscaron datos de observaciones en infrarrojo de misiones espaciales y los combinaron con las imágenes del telescopio espacial Hubble.

"La galaxia descubierta está fuertemente afectada por el efecto de lente gravitacional en un factor de aproximadamente 10, lo que hace que su morfología esté distorsionada asemejándose a un caballito de mar, de ahí su apodo de ‘el caballito de mar cósmico’", explica Sulzenauer, que realizó este estudio como tesis de máster en la Universidad de Viena bajo la supervisión del investigador del IAC Helmut Dannerbauer, también coautor del artículo que acaba de publicarse en la revista Astrophysical Journal Letters.

El equipo pudo averiguar la distancia de esta galaxia, situada a 9.600 millones de años luz, observando las líneas espectrales del monóxido de carbono con el radiotelescopio de 30 m del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) en Sierra Nevada. Junto con las observaciones del radiotelescopio de 40 m del Centro Astronómico de Yebes, situado a 50 km al noreste de Madrid y operado por el Instituto Geográfico Nacional (IGN), también pudieron derivar las propiedades físicas del combustible de formación estelar a través de las observaciones de varias líneas espectrales del gas molecular.

"Es la galaxia más lejana detectada con el radiotelescopio de 40 metros de Yebes hasta el momento", señala Dannerbauer, quien también destaca la ventaja que ha supuesto para estos radiotelescopios el método empleado en la investigación: “La lente gravitacional transforma prácticamente los telescopios del IRAM y de Yebes en radiotelescopios con tamaños de antenas individuales de 300 o 400 metros, imposibles de construir”.

Mediante el análisis del gas molecular frío, el equipo descubrió la presencia de un mecanismo de formación estelar nunca visto en la época de mayor actividad de formación estelar y de agujeros negros del Universo, el llamado ‘mediodía cósmico’. "Nuestra investigación ha demostrado que se trata de una de las llamadas galaxias de secuencia principal, con una formación estelar que evoluciona lentamente, en la época de máxima formación estelar en el Universo", añade Bodo Ziegler, investigador de la Universidad de Viena y coautor del artículo.

“Este ‘caballito de mar cósmico’ parece ser el eslabón perdido entre los sistemas con alta y baja tasa de formación”, aclara Anastasio Díaz-Sánchez, investigador de la Universidad Politécnica de Cartagena que también ha participado en el estudio. Por su parte, la investigadora del IAC y coautora del artículo, Susana Iglesias-Groth, destaca la relevancia de este descubrimiento teniendo en cuenta la dificultad de estudiar este tipo de galaxias: "sin el efecto de lente gravitacional habría sido imposible detectar con radiotelescopios esta galaxia con una actividad de formación estelar tranquila".

Artículo: Sulzenauer et al: "Milky Way–like Gas Excitation in an Ultrabright Submillimeter Galaxy at z=1.6", The Astrophysical Journal Letters, December 2021. DOI: 10.3847/2041-8213/ac2eba

Contacto en el IAC:
Helmut Dannerbauer, helmut [at] iac.es (helmut[at]iac[dot]es)
Susana Iglesias-Groth, susana.iglesias [at] iac.es (susana[dot]iglesias[at]iac[dot]es)