Científicos de ALMA detectan indicios de agua en galaxia muy muy lejana

En el marco de nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), se detectó la presencia de agua en la galaxia más masiva del Universo primitivo. Mientras estudiaban SPT0311-58, los científicos encontraron indicios de H₂O y de monóxido de carbono en la galaxia, que se encuentra a unos 12.880 millones de años luz de la Tierra. La detección de estas dos moléculas en grandes cantidades permite deducir que el Universo molecular ya estaba muy activo al poco tiempo de que se formaran los elementos en las primeras estrellas. El nuevo estudio comprende el análisis más detallado a la fecha del contenido de gas molecular en una galaxia del Universo primitivo y corresponde a la detección más distante de H₂O en una incubadora de estrellas común. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista The Astrophysical Journal.

SPT0311-58 en realidad está compuesto de dos galaxias, y fue observado por primera vez por científicos de ALMA en 2017 en este lugar, o época, de la Era de la Reionización. Este periodo corresponde a un momento en que el Universo tenía apenas 780 millones de años, o cerca de un 5 % de su edad actual, y recién estaban naciendo las primeras estrellas y galaxias. Los astrónomos creen que las dos galaxias pueden estar fusionándose y que el rápido proceso de formación estelar allí observado puede estar consumiendo su gas, que sirve de combustible para formar estrellas, pero que podrían terminar convirtiéndose en galaxias elípticas masivas como las que se observan en el Universo local.

“Gracias a las observaciones del gas molecular de las galaxias conocidas juntas como SPT0311-58, realizadas en alta resolución con ALMA, detectamos moléculas de agua y monóxido de carbono en la galaxia más grande de las dos. El oxígeno y el carbono son elementos de primera generación, y las moléculas de monóxido de carbono y agua que ayudan a formar son fundamentales para la existencia de la vida tal como la conocemos”, señala Sreevani Jarugula, astrónoma de la Universidad de Illinois e investigadora principal del nuevo estudio. “Esta es la galaxia más masiva conocida hasta ahora en el alto desplazamiento al rojo, o la época en que el Universo aún era muy joven. Tiene más polvo y gas que otras galaxias del Universo primitivo, lo cual podría darnos muchas oportunidades para observar una gran cantidad de moléculas y entender mejor cómo estos elementos básicos de la vida incidieron en el desarrollo del Universo primitivo”.

El agua es la tercera molécula más abundante del Universo, después del hidrógeno y el monóxido de carbono. En estudios anteriores de las galaxias del Universo local y primitivo se habían correlacionado las emisiones de agua y las emisiones de polvo en el infrarrojo lejano. “El polvo absorbe la radiación ultravioleta de las estrellas de la galaxia y la reemite bajo la forma de fotones en el infrarrojo lejano”, explica Sreevani Jarugula. “Esto excita las moléculas de agua y provoca las emisiones de agua que los científicos pueden observar. En este caso, el fenómeno nos ayudó a detectar emisiones de agua en esta galaxia masiva. Esta correlación podría servir para usar el agua como marcador de los procesos de formación estelar, y luego aplicarlo a otras galaxias a escala cosmológica”.

Al estudiar las primeras galaxias que se formaron en el Universo, los científicos logran entender mejor el nacimiento, el crecimiento y la evolución del Universo y todo lo que contiene, incluidos nuestro Sistema Solar y la Tierra. “Las primeras galaxias fabricaban estrellas a un ritmo mil veces mayor que la Vía Láctea”, apunta Sreevani Jarugula.  “Al estudiar el polvo y el gas presentes en estas galaxias muy jóvenes obtenemos información sobre sus propiedades, como cuántas estrellas se están formando allí, la velocidad a la que el gas se convierte en estrellas y cómo las galaxias interactúan entre ellas y con el medio interestelar, entre otras”.

Según Sreevani Jarugula, queda mucho por aprender sobre SPT0311-58 y las galaxias del Universo primitivo. “Este estudio no solo proporciona respuestas sobre dónde y cuán lejos puede haber agua en el Universo, sino que también ha suscitado una importante pregunta: ¿cómo pudo todo ese gas y polvo combinarse para dar nacimiento a estrellas y galaxias tan temprano en la historia del Universo? Para responder se necesitan más estudios sobre estas galaxias incubadoras de estrellas y otras similares que nos permitan entender mejor la formación y evolución estructural del Universo primitivo”.

“Este resultado alentador, que pone de manifiesto el poder de ALMA, se suma a una creciente colección de observaciones del Universo primitivo”, celebra Joe Pesce, astrofísico y Program Director de ALMA en la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. “Estas moléculas tan importantes para la existencia de la vida en la Tierra se forman tan pronto como pueden, y su observación nos permite atisbar los procesos fundamentales de un Universo muy diferente del que habitamos hoy”.

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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