Medido un ingrediente clave en la formación de las galaxias

Ciudad de México, 14 de octubre de 2020 (SINC).- La comunidad astrofísica conoce, desde hace dos décadas y por estudios con telescopios ópticos e infrarrojos, que la formación de estrellas del universo tocó techo hace entre 8 y 10 mil millones de años. Tras ese periodo, las estrellas –y por ende, las galaxias– se forman mucho más lentamente. Es por esto que casi la mitad de la masa estelar observable a día de hoy procede de ese periodo de máxima actividad, que se denomina 'la época del ensamblaje de galaxias'.

Las causas de este decrecimiento en la formación de estrellas en los últimos 8 mil millones de años no están claras. Uno de los motivos es que hay muy poca información sobre el gas de hidrógeno atómico neutro (H o HI), combustible principal para formar estrellas, en galaxias de aquella época, que presentan un desplazamiento al rojo muy alto –es decir, que se alejan cada vez más como resultado de la expansión del universo–. El hidrógeno atómico se convierte en hidrógeno en su estado molecular (H2) y finalmente, en estrellas.

La mejor manera de rastrear la existencia de este hidrógeno atómico neutro es detectando la huella que deja en el espectro electromagnético, denominada línea HI o de 21 centímetros por su longitud de onda. Este rastreo nunca se había realizado en desplazamientos al rojo mayores de 0,4, de estrellas que se formaron mucho después del periodo del ensamblaje galáctico.

Pero ahora, investigadores indios informan en el último número de Nature que han detectado por primera vez radiación de la línea de 21 centímetros en galaxias con un desplazamiento al rojo de 1, que están muy próximas al periodo pico de formación de estrellas. Los hallazgos dan nuevas pistas sobre qué pasó con este combustible hace 8 mil millones de años y aumentan el conocimiento de la comunidad astrofísica sobre la evolución de las galaxias.

Nissim Kanekar y Aditya Chowdhury, coautores de este trabajo e investigadores del National Centre for Radio Astrophysics en Pune (India), explican a SINC que la cantidad de hidrógeno atómico de las galaxias tras este periodo de ensamblaje no era suficiente para sostener toda la actividad de formación de estrellas por más de uno o dos mil millones de años. “Una vez que se agotó este combustible, la formación de estrellas cayó rápidamente”, detallan.

La búsqueda del hidrógeno atómico en 7.653 galaxias

El gran problema para detectar la radiación de la línea de 21 cm es que es muy débil, lo que dificulta la búsqueda de este hidrógeno atómico en las galaxias más distantes. Para resolverlo, el equipo empleó los datos del Radiotelescopio de Ondas Métricas Gigantes (GMRT, el radio interferómetro más sensible para observar estas radiaciones) junto a una técnica de análisis apilado, que combina la radiación de muchas galaxias –7.653, en este caso– para incrementar la fuerza de la señal de 21 cm.

El análisis apilado permite determinar las propiedades medias de una población –por ejemplo, de galaxias– y es la única manera de detectar la cantidad y distribución de hidrógeno atómico hasta que llegue la siguiente generación de radiotelescopios como el Square Kilometre Array. No obstante, esta técnica no ofrece detalles de objetos individuales del universo, sino que toma estimaciones promedio de un conjunto de datos, y está limitada a galaxias que pueden ser detectadas en bandas de frecuencia ópticas.

“Esta técnica nos ha permitido detectar la señal de 21 cm en un tiempo razonable. Si quisiéramos conocer esta radiación de una única galaxia a esta distancia, hubiéramos tenido que observar durante más de 10.000 horas con los mejores telescopios del mundo, algo prácticamente imposible”, apunta Kanekar.

En una valoración de este estudio que aparece también en Nature, el investigador Chris L. Carilli del National Radio Astronomy Observatory (EE UU) destaca: "Estas mediciones de emisiones de radio débiles de galaxias distantes han revelado la naturaleza de los gases que impulsaron la época de formación máxima de las galaxias, y también apuntan por qué las tasas de formación de estrellas han disminuido desde entonces. Los autores han llenado un vacío en nuestro conocimiento sobre la formación de galaxias".

Agencia SINC