_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
National Aeronautics and Space Administration
NASA Headquarters
Washington, D.C.
December 1994
SCIENCE BACKGROUND
La Paradoja: Galaxias Adultas en un Universo Infante
Las recientes observaciones del Telescopio Espacial Hubble identifican galaxias elípticas completamente formadas en un par de primitivos cúmulos de galaxias que han sido inspeccionados por equipos dirigidos por Mark Dickinson del Space Telescope Science Institute y por Duccio Macchetto de la Agencia Espacial Europea y del Space Telescope Science Institute. Aunque sobre los cúmulos primero se pensó que estaban extremadamente distantes debido a observaciones independientes basadas en tierra, las imágenes del Hubble proporcionan detalles suficientemente nítidos como para confirmar lo que previamente sólo se sospechaba.
Lo sorprendente es que las galaxias elípticas aparecieron notablemente "normales" cuando el universo tenía sólo una fracción de su edad actual, implicando que ellas deben haberse formado poco tiempo después del Big Bang.
Dickinson, al estudiar un cúmulo que existía cuando el universo tenía cerca de un tercio de su edad actual, encuentra que sus galaxias rojas se parecen a las galaxias elípticas ordinarias, el color rojo proviniendo de una población de estrellas más antiguas.
Esto tiene implicaciones cosmológicas inmediatas, puesto que el universo debe haber sido lo suficientemente antiguo como para alojarlas.
Las cosmologías con valores altos para la rata de expansión del espacio
(llamada la Constante de Hubble, que es necesaria para calcular la edad del universo)
dejan poco tiempo para que estas galaxias se formen y evolucionen hasta la madurez que observamos en la imagen del Hubble,
enfatiza Dickinson.
La observación de Macchetto de una galaxia que existió hace 12.000 millones de años, casi un décimo de la edad actual del universo,
también encuentra una distribución de luz notablemente similar a la de las galaxias elípticas actuales.
"Esto parece indicar que las galaxias elípticas alcanzan su forma 'madura' muy rápidamente,
durante un robusto estallido de formación estelar, y luego evolucionan pasivamente",
dice Mauro Giavalisco del Space Telescope Science Institute.
"Los astrónomos sospechaban que este era el caso para al menos algunas elípticas.
Ahora, el Hubble ha encontrado evidencia directa de ello".
El producir tal forma en una galaxia requiere mil millones de años para que el gas se asiente en el centro del campo gravitatorio de la galaxia. Por lo tanto, estas galaxias, que observamos tal como eran menos de dos mil millones de años después del Big Bang, estaban comenzando a formarse menos de mil millones de años después del Big Bang! dice Macchetto.
"Las galaxias elípticas son laboratorios excepcionales para estudiar dinámica y evolución estelar", añade Giavalisco, "y la explicación de su origen es todavía controversial. Esta nueva evidencia observacional está sugiriendo que al menos algunas elípticas se formaron por vía de procesos como la "relajación violenta", en el que un gran grupo de estrellas se contraerá rápidamente en un denso cúmulo. Bien conocidos desde un punto de vista teórico, estos mecanismos de formación de galaxias parecen haber sido confirmados por las imágenes tomadas con el Hubble".
Un Zoológico Cósmico de Extravagantes Galaxias:
Al contrario de las galaxias elípticas primitivas gravitacionalmente "relajadas" y de apariencia normal, el mismo grupo de imágenes del Hubble cuenta una extraordinaria historia sobre la creación - y destrucción - de galaxias espirales en los grandes cúmulos.
En una de las más largas exposiciones tomadas con el Hubble, representando 18 horas de observación continua, Dickinson ha descubierto un "zoológico celeste" de tenues, compactos objetos que podrían ser los bloques de construcción fundamentales a partir de los cuales se formaron las galaxias espirales como nuestra Vía Láctea. "Estos irregulares fragmentos azulados, que datan de hace 9.000 millones de años, podrían ultimadamente haber coalescido en galaxias espirales", reporta.
"Vemos una desconcertante variedad de formas de galaxias. La imagen del Hubble es como mirar una gota de agua de una charca bajo un microscopio, en donde vemos un zoológico de extrañas criaturas". Aunque Dickinson no tiene una medida directa de la distancia, él sospecha que estos objetos son también miembros de un cúmulo remoto, puesto que se agrupan apretadamente alrededor de una distante galaxia de radio (una clase galaxias energéticas con distancias medidas precisamente) y no se parecen a nada visible en el universo actual.
Muy pocos de los objetos azulados son reconocibles como espirales normales, aún cuando algunos miembros elongados podrían ser discos vistos de lado, concluye Dickinson. Entre este zoológico están objetos "parecidos a renacuajos", sistemas distribuidos y en aparente fusión, llamados "choques de trenes", una multitud de pequeños fragmentos, tenues galaxias enanas o una posible población de objetos desconocidos.
Sin embargo, Dickinson previene acerca de que la brillante luz azul de la formación estelar puede afectar dramáticamente las formas aparentes de las galaxias a grandes distancias (en las que la luz ultravioleta es corrida hacia el rojo hasta longitudes de onda visibles debido a la expansión uniforme del espacio). "Aún así, es difícil escapar a la impresión de que procesos evolutivos están moldeando o perturbando los discos de las galaxias".
La Violenta Historia de las Galaxias Espirales:
Mientras Dickinson observa el nacimiento de las galaxias espirales, las imágenes del Hubble de Alan Dressler sobre varios ricos cúmulos, reportan la muerte de espirales que habitan en grandes cúmulos. "Pareciera que tan pronto como la naturaleza construye galaxias espirales en cúmulos, comienza a desgarrarlos", dice.
"La causa de esta desaparición de las espirales de los cúmulos, desde hace cuatro mil millones de años hasta el presente, es controversial y vigorosamente debatida. Sólo el hecho de que la forma de galaxias enteras pudiera ser alterada en tan corto tiempo, es importante en nuestros intentos por averiguar cómo se formaron las galaxias, en primer lugar", concluye Dressler.
La evidencia provista por el Hubble muestra que este "derby de demolición" galáctico a gran escala podría explicar por qué había tantas más galaxias espirales en los cúmulos ricos tiempo atrás que los que hay hoy en día. Aparentemente, muchas galaxias espirales han sido destruidas o desaparecieron desde entonces. Las observaciones del Hubble también revelan muchos objetos poco usuales dentro de los cúmulos, que pudieran ser considerados fragmentos de galaxias.
"Cuando miramos hacia atrás en el tiempo hacia estos cúmulos, vemos muchas galaxias distorsionadas - parecen haber sido perturbadas o desordenadas en una forma u otra", dice Dressler. "Hay tantos pequeños jirones de galaxias - casi parecen como escombros galácticos - moviéndose por estos cúmulos. Quizás este es un resultado de encuentros gravitacionales, pero en este momento realmente no entendemos lo que está ocurriendo. Sin embargo, las imágenes del Hubble dejan bastante claro que había tomado un largo tiempo a estos sistemas para organizarse, y que en sus formas más jóvenes eran todavía fácilmente perturbables".
El Hubble muestra que las galaxias espirales no podían sobrevivir fácilmente en el ambiente dinámico de un denso cúmulo galáctico. Detalladas imágenes del Hubble muestran que estos "frágiles" discos galácticos eran propensos a ser deformados de su perfil original de tortilla.
El análisis de las imágenes ha inspirado varios mecanismos alternos para explicar la distorsión de las galaxias. Una posibilidad es que las galaxias fueron perturbadas por consolidaciones e interacción gravitatoria causada por encuentros cercanos entre galaxias en el denso cúmulo. También, hay evidencia de cúmulos de galaxias cercanos, de que el gas caliente, a alta presión, residente en un cúmulo, puede colaborar para remover el gas en los discos de las galaxias espirales individuales.
Finalmente, las galaxias con discos pueden haber sido despojadas de sus mantos de "materia oscura" (material desconocido que probablemente no está constituido por estrellas, pero que justifica una fracción significativa de la masa de una galaxia) a medida que se hunden en el cúmulo. Dressler indica que los modelos de computación de las galaxias muestran que un halo esférico de material es importante para estabilizar un disco delgado, de modo que la pérdida de este material podría resultar en que el disco se deforme o se fracture, disminuyendo el chance de que la galaxia sobreviva como una espiral.
Afortunadamente, estos "carros chocones" galácticos tuvieron lugar sólo en los grandes cúmulos, conteniendo cientos o miles de galaxias. Nuestra Vía Láctea, uno de los mayores miembros del Grupo Local de cerca de dos docenas de galaxias, presumiblemente evolucionó en una mucho menos poblada región del universo.
Encontrando los Cúmulos de Galaxias Primitivas:
"Hemos muy probablemente identificado la largamente buscada población de galaxias primitivas", reporta Macchetto. Hasta los resultados del Hubble, los astrónomos habían buscado sin éxito durante varias décadas galaxias verdaderamente primitivas, que son difíciles de encontrar cuando están en la fase más primitiva de su existencia.
"Si encontramos las galaxias primitivas en la época cósmica cuando comenzaron a formarse, y entendemos sus formas, masas, colores, y brillos, entonces es probable que desarrollemos una mejor compresión de la cosmología", comenta Giavalisco.
Macchetto y su equipo usaron cuásares (brillantes núcleos de distantes galaxias activas) como faros para buscar el "efecto de sombra" de las galaxias entre la Tierra y el cuásar. Su estrategia de búsqueda está basada en la teoría de que las primeras galaxias que aparecieron en el universo estaban muy aglomeradas en el espacio. Por lo tanto, si la luz de un cuásar está modificada por una galaxia interpuesta, es muy probable que esta pertenezca a un cúmulo primitivo.
"Todo lo que hay que hacer es mirar alrededor del cuásar usando un filtro óptico desarrollado especialmente, delicadamente afinado para observar galaxias a la distancia sugerida por el cambio en la luz del cuásar", dice Macchetto.
Utilizando esta novedosa técnica con telescopios basados en tierra, el equipo observó el campo alrededor del cuásar Q0000-263 en la constelación de Sculptor, y encontró la más lejana galaxia "normal" jamás observada, a una distancia de 12.000 millones de años.
Esta observación condujo a Macchetto y Giavalisco a identificar todo un cúmulo de galaxias primitivas en esa región del cielo. Notablemente, el Hubble ha mostrado que los miembros del cúmulo se caracterizan por una forma compacta, soportando la idea de que todos ellos tuvieron un mecanismo similar en su evolución.
"La presencia misma del cúmulo muestra que estas grandes estructuras ya existían dos mil millones de años después del Big Bang. Esto es inesperado y contrario a muchas teorías sobre la formación de cúmulos y galaxias", dice Macchetto. "Aunque nada concluyente puede ser afirmado con sólo un cúmulo, ahora que sabemos cómo buscarlos podremos constreñir fuertemente estas teorías.
Dickinson seleccionó un cúmulo candidato para la aguda visión del Hubble como resultado de un examen en infrarrojo de los alrededores de distantes radio-galaxias. Basado en el color y la distribución estadística de las galaxias, Dickinson concluyó que un cúmulo estaba a la misma distancia que la radio-galaxia 3C 324, situada a nueve mil millones de años-luz de distancia, en la constelación de Serpens. El cúmulo parecía tener una población de galaxias muy rojas, similares en color a galaxias elípticas de hoy en día.
La exposición del Hubble de 18 horas de largo revela miles de tenues galaxias cerca del límite de lo que el Hubble puede detectar (magnitud 29). "Aún cuando muchas están presumiblemente más cerca o más lejos que el cúmulo, puesto que el Hubble está mirando a través de un tremendo volumen del universo para alcanzar hasta 3C 324, las galaxias concentradas alrededor de 3C 324 son muy probablemente miembros del cúmulo, reporta.
El Nacimiento de las Galaxias:
Islas de cientos de miles de millones de estrellas cada una,
las galaxias permiten a los astrónomos seguir la evolución y la estructura de la materia desde el comienzo del universo en el Big Bang.
Los científicos han buscado entender esta evolución desde que el astrónomo Norteamericano Edwin Hubble
clasificó las galaxias en tres formas fundamentales: espirales o con forma de disco, elípticas, e irregulares.
Al ganar aceptación la teoría del Big Bang en los 1950s, los astrónomos se percataron de que las galaxias no simplemente fueron hechas como las vemos hoy en día, sino que deben evolucionar con el tiempo. Este concepto fue reforzado por dos dramáticos descubrimientos en los 1960s: la confirmación del Big Bang por la detección del fondo cósmico de microondas y el descubrimiento de los cuásares. Se teoriza que los cuásares son los núcleos activos de galaxias extremadamente distantes. Su abundancia a grandes distancias claramente muestra que las galaxias estaban en una etapa de evolución diferente hace miles de millones de años.
Sin embargo, la más tenue población "normal" de galaxias primitivas ha sido escurridiza, porque las diminutas imágenes de las galaxias distantes se desdibujan en tenues borrones al verlas a través de la atmósfera Terrestre. A finales de los 1970s, los astrónomos encontraron la primera evidencia de que las poblaciones de estrellas de las galaxias habían cambiado dramáticamente, incluso en una relativamente pequeña fracción del tiempo desde el Big Bang. Los astrónomos también estaban desconcertados por una especie de galaxias azules en cúmulos distantes, que ha desaparecido en nuestra época actual.
Ahora, la aguda visión del telescopio Espacial Hubble finalmente permite estudios detallados de las propiedades de las galaxias primitivas. Los resultados iniciales del Hubble muestran que las misteriosas galaxias azules en los cúmulos son mayoritariamente espirales, frecuentemente con signos de disturbios que podrían proveer indicios acerca de su desaparición en la época actual. Paradójicamente, las galaxias elípticas parecen normales a través de la mayor parte de la historia del universo, con poca evidencia de cambios dramáticos en su población estelar o forma.
******
Co-investigadores en el equipo de Alan Dressler: Gus Oemler (Yale); Harvey Butcher (Netherlands Foundation for Astronomy);
Richard Sharples (Durham University, U.K.), Richard Ellis (Cambridge University, U.K.),
y Warrick Couch (University of New South Wales, Australia).
Co-investigadores en el equipo de Mark Dickinson: Hyron Spinrad y Arjun Dey (U.C. Berkeley), S. Adam Stanford (IPAC/JPL), Peter Eisenhardt (JPL), y George Djorgovski (California Institute of Technology).
Co-investigadores en el equipo de Duccio Macchetto: Mauro Giavalisco (STScI), Charles Steidel (MIT), Piero Madau (STScI), y William Sparks (STScI).
Para más información, e imágenes, enlace con Hubble Identifies Primeval Galaxies, Uncovers New Clues to the Universe's Evolution (HubbleSite - NewsCenter - Background Info, December 6, 1994)
Para más información, enlace con
HST findings shed new light on the fate of the Cosmos
(en el Web site de Science@NASA).
Investigaciones recientes han encontrado que la rata de expansión del cosmos comenzó a acelerar hace unos cinco a seis mil millones de años.
Ver ARVAL - El Hubble Encuentra Evidencia de Energía Oscura en el Joven Universo.
Actualizada: Noviembre 19 '06
Optimizada para ser vista fuente Verdana.
Regreso: STScI - Información de Fondo
Mensajes: