DESDE EL OBSERVATORIO | Parece que hay exceso de galaxias hiperluminosas

Por Jaime García
Instituto Copérnico

Un equipo de astrónomos liderado por Lingyu Wang de SRON (Instituto Neerlandés de Investigación Espacial) y de la Universidad de Groninga, Países Bajos, ha observado diez veces más galaxias hiperluminosas en el infrarrojo que las estrellas que las pueden producir, según los modelos actuales. Si la teoría es correcta, significa que las estrellas por sí solas no pueden explicar el brillo de las galaxias infrarrojas más luminosas. La investigación se publica en un número especial de la revista científica Astronomy & Astrophysics. Del equipo participan astrónomos de Australia, Estados Unidos, Francia, Gran Bretaña, Italia, Polonia y Sudáfrica.

Después de que el Universo emergió del Big Bang, hace 13.800 millones de años, las galaxias llenas de estrellas comenzaron a formarse, relativamente rápido, alrededor de 3 mil millones de años después. Había mucho gas circulando, por lo que una pequeña parte de estas primeras galaxias pudo convertirse en galaxias masivas e hiperluminosas, con un brillo igual a diez billones de soles. A medida que las reservas de gas se agotaron, menos galaxias pudieron crecer a un ritmo rápido.

galaxia1Imagen de la galaxia infrarroja ultraluminosa IRAS 14348-1447 localizada a más de mil millones de años luz de la Tierra (ESA/Hubble)

Cuando otro grupo de astrónomos observó el Universo con el telescopio espacial infrarrojo Herschel, encontró que esta teoría se verifica en gran medida. Sin embargo, en términos de números absolutos, parece que hay demasiadas galaxias infrarrojas hiper luminosas, tanto en el Universo temprano como en épocas más recientes. Desafortunadamente, la resolución espacial de Herschel no pudo resolver todas las galaxias individuales, por lo que no pudieron decirlo con certeza.

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Imágenes de Herschel y LOFAR de algunos ejemplos de galaxias hiperluminosas. En la comparación se puede ver la mejora en la resolución espacial en los datos de imágenes de LOFAR

Ahora, el equipo dirigido por Wang ha utilizado el telescopio LOFAR, que es un conjunto de radiotelescopios de baja frecuencia instalados, principalmente, en los Países Bajos y que cuenta con mayor resolución espacial, para distinguir las galaxias individualmente. Con él descubrieron que, de hecho, hay más de un orden de magnitud de galaxias hiper luminosas de lo que predice la teoría y, por lo tanto, se puede decir con certeza que se necesita buscar una teoría diferente.

Será necesario estudiar qué mecanismos físicos pueden alimentar galaxias tan extremas, si están alimentados por la formación de estrellas o por la acreción de un agujero negro supermasivo. Si fuese la formación de estrellas, las galaxias infrarrojas hiper luminosas estarían formando estrellas a una tasa de unos pocos miles de masas solares por año. Los modelos teóricos no pueden producir tantas galaxias formando estrellas a velocidades tan extremas. Por lo tanto, un escenario alternativo es que se alimentan, predominantemente, de la actividad de acreción alrededor del agujero negro central. Para estudiar la verdadera naturaleza de estos objetos extremos serán necesarias más observaciones de seguimiento.

El equipo realizará este estudio de seguimiento utilizando el observatorio Keck, en Hawaii. Les dará datos más precisos sobre el corrimiento al rojo de las galaxias y, por lo tanto, su distancia. Keck alberga un telescopio óptico que proporciona espectros. Los astrónomos deducen el corrimiento al rojo de los espectros observando cuántas longitudes de onda se han desplazado las líneas espectrales características de ciertas sustancias que son como huellas digitales.

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En la imagen se puede ver el espectro observado y el espectro modelado de un ejemplo de galaxia hiper luminosa. En la parte inferior del gráfico, también se muestran las imágenes de esta galaxia en diferentes longitudes de onda. De izquierda a derecha: HSC i-band (óptica), DXS K-band (infrarrojo cercano), IRAC 4.5 μm (infrarrojo medio), MIPS 24 μm (infrarrojo lejano), Herschel SPIRE 250 μm (infrarrojo lejano) y LOFAR 2 m (radio). Se percibe que las galaxias infrarrojas hiper luminosas suelen ser muy débiles o incluso no detectables en los datos ópticos y emiten la mayor parte de su energía en el infrarrojo