Detectan una galaxia distante con un disco distorsionado

Datos del artículo científico:

• Título: ALMA 400pc Imaging of a z=6.5 Massive Warped Disk Galaxy
• Autores: Marcel Neeleman, Fabian Walter, Roberto Decarli, Alyssa B. Drake, Anna-Christina Eilers, Romain A. Meyer, Bram P. Venemans
• Institución del primer autor: National Radio Astronomy Observatory, 520 Edgemont Road, Charlottesville, VA, 22903, USA
• Estado de la publicación: Aceptado en the Astrophysical Journal, acceso abierto en arxiv.

¿Cómo se forman las galaxias?

El consenso general en cuanto a los procesos de formación de galaxias es que se van configurando de forma jerárquica. Es decir, las galaxias van creciendo a través de fusiones de galaxias más pequeñas y acretando gas de la red cósmica. El proceso de acreción de gas desde el halo de la galaxia a su medio interestelar es especialmente importante en galaxias lejanas (y por tanto más jóvenes). Este proceso aumenta la masa y provoca la formación de estrellas por lo que entenderlo en detalle es esencial para saber cómo se forman y evolucionan las galaxias.

El equipo de esta investigación ha sido capaz de detectar una galaxia con un corrimiento al rojo de 6.5, por lo que es unas 16 veces más joven que nuestra galaxia y la luz que recibimos de ella se emitió hace unos 12.7 mil millones de años. Estas observaciones se han realizado en ondas de radio en el observatorio ALMA con una resolución tan alta como para detectar la distribución y movimiento del gas y polvo en la galaxia.

La emisión de la galaxia 

Una de las líneas de emisión que se ha detectado es la línea de carbono [CII] ya que es la emisión dominante de gas enfriándose en galaxias. Analizando el desplazamiento Doppler de este línea en cada una de las partes de la galaxia, les autores han podido reconstruir el movimiento del gas dentro de ella. En la Figura 1 a la izquierda, se muestra la velocidad del gas inferida a partir de esta línea de emisión y muestra un movimiento ordenado consistente con la estructura de un disco. En un disco ideal, la estructura de la velocidad sería de azul a rojo en un gradiente uniforme. Sin embargo, aquí se encuentra una distorsión en forma de onda. Además, se ha encontrado que la dispersión de velocidades en todo el disco es muy pequeña. A partir de esta estimación se ha podido calcular que el grosor del disco es 12 veces menor que su extensión por lo que el gas se ordena en un disco distorsionado muy fino.

Por otra parte, también se ha detectado la emisión del polvo de la galaxia que emite en el continuo (Figura 1, derecha). Esta emisión está más concentrada en el centro de la galaxia y tiene un exceso de emisión en la parte superior derecha.

Causas y consecuencias de un disco distorsionado

Puesto que la distorsión del disco se observa a lo largo de toda la galaxia y no únicamente en el centro, el grupo de investigación se decanta por atribuir la causa de la distorsión a fuerzas externas a la galaxia. Una posible fuerza externa podría ser la acreción o la proximidad de una galaxia menor. Sin embargo, este tipo de fuerzas provocarían una distorsión asimétrica, contrario a lo que se observa. Por lo tanto, lo más probable es que la distorsión sea provocada por el flujo de gas de la red cósmica a la galaxia. Esto está sustentado por la diferencia en la rotación del gas externo respecto a la del disco (Figura 2). Esta diferencia hace que se produzca un torque sobre el disco que hace que todo él se deforme de manera simétrica.

La deformación del disco hace que unas capas del disco vayan más lentas que otras de forma que el gas rotando se condensa en ciertas regiones y por lo tanto puede colapsar para formar estrellas. De hecho, esta es la causa más probable por la que se ve un exceso de emisión de polvo en la Figura 1 derecha. Esta emisión se correspondería con una gran zona de formación estelar que emite energía y calienta el polvo por lo que emite más intensamente. Además, su posición se corresponde con la parte superior de la deformación en velocidad del disco lo que ha provocado que el gas se haya concentrado en esa región.

Las hipótesis sobre acreción de gas externo en galaxias que han planteado el grupo de investigación son capaces de explicar las observaciones de esta galaxia en particular. Pero, para poder corroborarlo completamente, será necesario observar más galaxias lejanas con discos distorsionados y obtener el mismo tipo de comportamientos.