ALMA y el VLA utilizan una lente cósmica para revelar la cuna hiperactiva de un futuro cúmulo de galaxias

Fuente ALMA

Las observaciones de ALMA, junto con el VLA de la NSF, descubren el primer núcleo de protocúmulo con fuerte efecto de lente, revelando un intenso estallido de crecimiento galáctico en el universo temprano

Astrónomos y astrónomas, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en colaboración con el Very Large Array de la Fundación Nacional de la Ciencia de EE. UU. UU. (NSF VLA), han descubierto una región excepcional y extraordinariamente activa del universo temprano donde se está formando rápidamente un futuro cúmulo de galaxias. Aprovechando un potente fenómeno natural conocido como lente gravitacional, ALMA reveló un enjambre compacto y polvoriento de galaxias jóvenes que formaban estrellas a un ritmo excepcional hace más de 11 000 millones de años.

Este descubrimiento marca el primer núcleo de protocúmulo con fuerte efecto de lente jamás identificado, proporcionando una vista ampliada y sin precedentes de una de las primeras estructuras a gran escala en formación del universo. Las observaciones complementarias con el VLA de la NSF ayudaron a caracterizar tanto las galaxias distantes como el cúmulo masivo en primer plano responsable del efecto de lente.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras gravitacionales más grandes del universo. Sus ancestros, conocidos como protocúmulos, son regiones donde las galaxias aún se están ensamblando, convirtiendo rápidamente el gas en estrellas y aumentando su masa. El estudio de estos sistemas permite a los astrónomos rastrear cómo los cúmulos masivos actuales surgieron de entornos mucho más pequeños y densos en el cosmos primitivo.

Las observaciones de alta resolución de ALMA revelaron que lo que inicialmente parecía una única fuente brillante en los datos del estudio de todo el cielo es, en realidad, un grupo compacto de al menos 11 galaxias polvorientas con formación estelar. Estas galaxias están confinadas en una región de tan solo unos cientos de miles de años luz de diámetro —notablemente compacta a escala cósmica— y experimentan intensos estallidos de formación estelar.

Debido a que estas galaxias están densamente cubiertas de polvo, la mayor parte de su luz visible es absorbida y reemitida en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. La sensibilidad de ALMA a este polvo frío y a los gases moleculares permitió a los astrónomos detectar la materia prima que impulsa la formación estelar y medir la dinámica del sistema con una claridad excepcional.

El protocúmulo se encuentra detrás de un cúmulo de galaxias masivo en primer plano, cuya gravedad actúa como una lupa cósmica, curvando y amplificando la luz del sistema más distante. Este efecto de lente gravitacional potencia drásticamente la capacidad de ALMA y del VLA de la NSF para resolver galaxias individuales y estudiar sus propiedades en detalle, convirtiendo al universo en un telescopio.

ALMA detectó emisiones de monóxido de carbono (CO), un trazador clave del gas molecular, lo que ayudó a confirmar que las galaxias comparten una distancia común y forman una estructura físicamente conectada. Estas observaciones muestran que el núcleo del protocúmulo contiene enormes depósitos de gas capaces de sustentar una vigorosa formación estelar e impulsar el rápido aumento de masa estelar. Las observaciones complementarias con el VLA de la NSF proporcionaron datos de radiofrecuencia que ayudaron a mapear el cúmulo en primer plano e identificar las emisiones de radio asociadas tanto con la formación estelar como con los procesos energéticos dentro del sistema, lo que refuerza la interpretación de la configuración de lente y la naturaleza de las galaxias involucradas.

“Los cúmulos de galaxias son similares a una extensa metrópolis moderna construida sobre una antigua civilización del pasado. Por ejemplo, si un arqueólogo excava a mayor profundidad, descubre una civilización anterior. De igual manera, cuando los astrónomos observan objetos más lejanos, pueden retroceder en el tiempo. De esta manera, el estudio de este protocúmulo distante nos permite vislumbrar cómo uno de los primeros asentamientos de galaxias creció y evolucionó hasta convertirse en estructuras maduras como el cúmulo de galaxias en primer plano que observamos hoy”, afirmó Nicholas Foo, estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Arizona.

Protocúmulos como este representan las primeras fases de construcción de los cúmulos de galaxias observados en el universo actual. Al combinar la visión detallada de ALMA del gas y el polvo fríos con las observaciones de radio complementarias del VLA de la NSF, los astrónomos pueden investigar cómo crecen, interactúan y evolucionan las galaxias en los entornos más densos del cosmos primitivo.

Esta inusual alineación de un protocúmulo joven y una lente masiva en primer plano ofrece una oportunidad excepcional para comprobar las teorías sobre la formación de galaxias y cúmulos. Las futuras observaciones de ALMA explorarán con más detalle cómo evolucionan estos sistemas compactos y ricos en polvo, y cómo sus entornos extremos configuran las galaxias que, miles de millones de años después, eventualmente poblarán cúmulos masivos.

Referencia

• Nicholas Foo et al.»PASSAGES: The Discovery of a Strongly Lensed Protocluster Core Candidate at Cosmic Noon». 2025 ApJ 995 219. DOI: htpps://10.3847/1538-4357/adf4d5