ALMA descubre un disco giratorio masivo en el universo primitivo que se formó poco después del Big Bang

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Las galaxias son inmensos sistemas unidos gravitacionalmente compuestos por estrellas, polvo, gas y materia oscura invisible. Comprender cómo se han formado y crecido las galaxias a lo largo del tiempo es esencial para una visión más general de cómo la materia se ensambla en grandes estructuras, una pieza clave del rompecabezas en nuestros esfuerzos por comprender el universo. Un paso crucial hacia este objetivo es obtener una imagen clara de cuándo aparecieron por primera vez las estructuras de disco en las galaxias.

Una investigación reveló un disco masivo de rotación del gas frío en el interior una galaxia de formación de estrellas sólo 1,5 mil millones de años después del Big Bang. Esto es considerablemente más temprano en la historia cósmica que los tiempos en que se descubrió que existían discos de gas detectados previamente.

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Para extender las observaciones de gas en galaxias a períodos incluso más tempranos de la historia cósmica, el autor principal Marcel Neeleman del Max Planck Instituto de Astronomía en Heidelberg, Alemania, utilizó el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), uno de los radiotelescopios más potentes del mundo, situado en el desierto de Atacama en el norte de Chile. El hallazgo fue publicado este miércoles en la revista Nature.

Los investigadores detectaron la luz emitida por el gas frío en una galaxia de hace unos 12.500 millones de años. Al resolver la luz a una escala de 1.3 kiloparsecs (aproximadamente un sexto de la distancia desde nuestro sol hasta el centro de la Vía Láctea), pudieron examinar la estructura y la cinemática del gas emisor con un detalle impresionante.

Luego usaron modelos analíticos simples, pero robustos para mostrar que sus observaciones son consistentes con la presencia de un disco de gas que gira rápidamente, espacialmente coincidente con las estrellas y el polvo de la galaxia.

Los resultados de Neeleman y sus colegas constituyen algunas de las primeras pruebas de observación de la existencia de discos de gas frío en galaxias masivas poco después del Big Bang, estableciendo directamente que los discos de gas masivos podrían formarse 1.500 millones de años antes de lo que las observaciones anteriores habían indicado.

El trabajo de los investigadores cambia considerablemente la frontera de observación para el estudio detallado de las propiedades de gas espacialmente resueltas en las galaxias a cuando el universo tenía solo una décima parte de su edad actual.

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Su descubrimiento es intrigante cuando se ve junto con los resultados de algunas simulaciones numéricas de la formación de galaxias, lo que sugiere que los discos no comenzaron a dominar en galaxias de masa similar hasta que el universo tenía entre 4 y 6 mil millones de años. Sin embargo, es consistente con la expectativa teórica de que la acumulación en modo frío debería ser dominante al principio de la historia del Universo. También se relaciona con simulaciones recientes de mayor resolución que han visto surgir discos en épocas cósmicas anteriores.

Los hallazgos de Neeleman y su equipo entusiasman a los astrónomos y abren una nueva época de la historia del universo para el estudio de la formación temprana de galaxias.