Una de las preguntas que distintos grupos de astrónomos de todo el mundo quieren resolver es cuáles son los mecanismos de formación y evolución de las galaxias, y en este sentido las galaxias lejanas pueden ser consideradas un progenitor de las galaxias elípticas que encontramos en el universo cercano, de ahí la relevancia de estudiarlas, destacó Itziar Aretxaga, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).

El pasado 6 de noviembre se publicó el artículo “A dusty star-forming galaxy at z = 6 revealed by strong gravitational lensing” en la revista Nature Astronomy, en el que se da cuenta de la distancia de una galaxia ultra luminosa infrarroja, a la que se ha nombrado G09 83808.

El mexicano Jorge Zavala, egresado del doctorado en Astrofísica del INAOE y quien actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de Texas, es el primer autor del artículo que defendió como parte de su tesis doctoral. En este artículo también participan 32 coautores, entre ellos, Alfredo Montaña, quien ha sido recientemente contratado dentro del programa Cátedras para Jóvenes Investigadores del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) en el INAOE.

La galaxia G09 83808, descubierta con el Telescopio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea, es muy lejana y polvorienta, posee un ritmo de formación de estrellas casi 400 veces mayor que el de la Vía Láctea, explicó Itziar Aretxaga, integrante de la Academia Mexicana de Ciencias y coautora del artículo.

Con el Gran Telescopio Milimétrico “Alfonso Serrano” (GTM), ubicado en la cima del volcán Sierra Negra en el estado de Puebla, los investigadores que participaron en este proyecto midieron la distancia a la cual está ubicada la galaxia: “Se encuentra a 27 mil 500 millones de años luz, y la luz que estamos recibiendo partió de esta galaxia cuando el universo tenía solo 6.8% de su edad actual”.

Para medir la distancia a la que se encuentra la galaxia fue necesario descomponer la luz que provenía de ella a través de un espectrógrafo. Un espectro es la distribución de intensidad del conjunto de las ondas electromagnéticas que proviene de un astro. Se obtiene al hacer pasar la luz a través de un dispositivo que la descompone en sus longitudes de onda, análogamente a como las gotas de agua de la atmósfera descomponen la luz solar para crear el arco iris. En el espectro se puede encontrar la señal de la desexcitación de determinados átomos o moléculas en estado gaseoso, que crean líneas de emisión.

“Los espectros nos permiten identificar qué molécula o átomo está presente en el objeto que estudiamos. En el caso de esta galaxia encontramos tres líneas de emisión, dos correspondientes al monóxido de carbono y una al agua; además, conseguimos datos del interferómetro Submillimeter Array (SMA) que se encuentra en Hawái, con el cual tomamos un espectro de la galaxia para ver una cuarta línea atómica del carbono ionizado”.

Las líneas atómicas y moleculares tienen una longitud de onda característica, pero cuando el objeto se aleja o se acerca, estas líneas se mueven hacia longitudes de onda más largas (hacia el rojo) o más cortas (hacia el azul) respectivamente. Así, del posicionamiento relativo de estas líneas, que en el caso de la galaxia G09 83808 se desplazan hacia el rojo, dedujimos a través del modelo de expansión del universo la distancia actual y la edad a la que salieron los fotones de esa galaxia, describió la investigadora.

“Y aunque con el GTM se pudo medir la distancia a la que se encuentra esta galaxia y confirmar que se trata de una galaxia lejana, en el artículo también se presentan los datos del SMA y del Atacama Large Millimeter Array (ALMA), ya que con este último se obtuvo una imagen de la galaxia en la que se puede apreciar su forma aparente de dos arcos”.

Una larga historia de galaxias lejanas
La historia de la galaxia G09 83808 comenzó desde hace cuatro años, cuando fue seleccionada de una muestra de galaxias, por sus colores extremadamente rojos, como parte del catastro H-ATLAS del Telescopio Espacial Herschel.

“Algunos de los investigadores del INAOE somos co-investigadores de este catastro, ideamos hace 15 años las técnicas de selección de fuentes lejanas y damos seguimiento a las mejores candidatas con el GTM, para medir sus distancias y corroborar que efectivamente son galaxias muy lejanas”, apuntó la doctora en física por la Universidad Autónoma de Madrid.

El programa de seguimiento de estas fuentes para GTM está encabezado por David Hughes, quien también es investigador principal del Gran Telescopio Milimétrico. La idea, dijo Itziar Aretxaga, es tener una gran cantidad de galaxias con estas características e identificar cuál es su estado evolutivo, su masa y su estructura dinámica, utilizando los espectrógrafos RSR, en el que se basaron para esta primera detección, y SEQUOIA, que acaba de llegar al GTM.