Els astrònoms han descobert pistes importants sobre com creixen les galàxies excepcionalment brillants i com evolucionen fins a convertir-se en els misteriosos quàsars, que emeten llum a través de la major part de l’Univers observable.

Utilitzant el Very Large Telescope i el radiotelescopi ALMA a Xile, un equip d’astrònoms, que incloïa investigadors de l’Institut Niels Bohr (NBI), ha descobert un eixam de galàxies que orbiten els voltants d’una galàxia hiperlluminosa i vigorosament formadora d’estrelles en l’Univers primitiu.

L’observació proporciona pistes importants sobre com creixen les galàxies excepcionalment brillants, i sobre com evolucionen fins a convertir-se en quàsars energètics, que emeten llum a través de la major part de l’Univers observable.

Un tema fonamental en astronomia és la qüestió de com es formen, creixen i evolucionen les galàxies. Com a part de la seva evolució, la majoria de les galàxies semblen allotjar un forat negre supermassiu en el seu centre.

Aquests monstres gravitacionals ocasionalment s’empassen gas i estrelles pròximes, expulsant l’excés d’energia en forma de poderosos rajos coneguts com a quàsars, considerats un dels fenòmens més misteriosos de l’univers.

Un quàsar pot entendre’s com una galàxia nounada o com una font d’energia present al forat negre del centre d’una galàxia nounada. Es caracteritza per ser una font astronòmica d’energia electromagnètica, que inclou radiofreqüències i llum visible. Poden emetre fins a 100 vegades més energia que tota la Via Làctia.

De galàxia a quàsar

De galàxia a quàsarEncara es desconeixen molts detalls sobre com passa la transició de galàxies «normals» a quàsars. Però en un nou estudi, un equip d’astrònoms dirigit per Michele Ginolfi a ESO, Garching (Baviera), hi pot haver hagut un pas més a prop de comprendre aquesta evolució.

«Abans de convertir-se en un quàsar en tota regla, es creu que algunes galàxies passen per una fase d’estar molt polsoses i actives, en termes de formació d’estrelles, acumulant gas als seus forats negres supermassius centrals», explica Ginolfi.

Per aprofundir sobre aquesta fase de transició, Ginolfi i els seus col·laboradors es van centrar en una galàxia ja coneguda, W0410-0913, una de les més brillants, massives i riques en gas de l’Univers distant, vista com era fa 12.000 milions d’anys.

En aquest tipus de galàxies, la pols és escalfada per l’energia de la llum de les estrelles i del forat negre central, fent-lo brillar a través de l’univers mitjançant la seva llum infraroja. Això ha fet que aquest tipus de galàxies es denominin galàxies enfosquides per pols calenta (hot, dust-obscured Galaxy). També són conegudes col·loquialment en terme astronòmics com a «gossos calents».

Galàxies en 3D

Galàxies en 3DA causa que l’evolució de les galàxies està intrínsecament connectada amb el seu entorn, Ginolfi i el seu equip van decidir observar W0410-0913 amb l’instrument «MUSE» en el Very Large Telescope (VLT) a Xile.

Aquesta eina avançada els va permetre estudiar una regió 40 vegades més ampla que la mateixa galàxia i fins i tot mesurar les seves posicions 3D.

Peter Laursen, del Cosmic Dawn Center a Copenhaguen, que va participar en l’estudi, explica que W0410-0913 està envoltada per un eixam de no pas menys de 24 galàxies més petites.

Tot i que això implica que W0410-0913 resideix en una regió almenys deu vegades més densa que l’Univers mitjà, això no és del tot inesperat, ja que es creu que els «gossos calents» viuen en entorns densos, assenyalen els investigadors.

Més gas i galàxies

Més gas i galàxiesA més, tot i que W0410-0913 es veu en un moment en què l’Univers només tenia 1/8 de la seva edat actual, ja és deu vegades més massiva que la nostra pròpia galàxia, la Via Làctia.

Fer créixer una galàxia tan gran en tan poc temps i alimentar un forat negre supermassiu requereix un subministrament substancial de material fresc, destaquen els investigadors.

Tot això encaixa bé amb la imatge convencional que les galàxies massives creixen acumulant gas i galàxies satèl·lit, atretes des de l’espai intergalàctic per la seva immensa gravetat.

De fet, en un entorn tan dens, s’espera que la taxa d’interacció i fusió de galàxies sigui molt alta.

Accident automobilístic galàctic

Accident automobilístic galàcticEls astrònoms han pensat fins ara que W0410-0913 seria el resultat d’una espècie d’«accident automobilístic» galàctic, provocat per grups de gas i estrelles que giraven caòticament.

Tanmateix, a l’aprofundir en observacions antigues obtingudes per les antenes de ràdio d’ÀNIMA, Ginolfi i els seus col·legues van poder mesurar el moviment intern del gas dins de W0410-0913. I aquí va sorgir una imatge molt diferent.

Sorprenentment, les observacions d’ALMA van revelar que W0410-0913 no sembla haver sigut pertorbat en absolut per interaccions amb galàxies companyes.

Segons les observacions, aquest gas gira ordenadament al voltant del forat negre central de forma ordenada, però increïblement ràpid, ¡amb velocitats que arriben als 500 km/s!

Com un vidre

Com un vidreCombinant els resultats de dos telescopis molt diferents, els astrònoms van veure una imatge de com poden evolucionar les galàxies més massives i polsoses.

Aquest tipus de galàxies, una etapa vital en la transició d’una galàxia polsosa i formadora d’estrelles a un quàsar, tendeix a créixer en ambients molt densos, diu Ginolfi.

Tanmateix, malgrat l’esperada fusió freqüent amb altres galàxies, aquestes interaccions gravitatòries no són necessàriament destructives: alimenten la galàxia central i fan girar una mica el gas, però el deixen pràcticament intacte, com si fos un vidre: es pot ratllar, però no trencar-lo necessàriament, assenyalen els investigadors.

Les observacions de Michele Ginolfi ofereixen noves primeres pistes sobre el procés de múltiples escales que impulsa l’evolució de la població rara i extrema de galàxies enfosquides per pols calenta. Creixen en hàbitats densos i especials, però la interacció amb els seus companys pot ser suau.

Referència

ReferènciaDetection of companion galaxies around hot dust-obscured hyper-luminous galaxy W0410-0913. M. Ginolfi et al. Nature Communications, volume 13, Article number: 4574 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-32297-x