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Aug 09, 2023

Galaxia del universo 'adolescente' revela por primera vez su mapa de agua

La galaxia J1135 se encuentra a 12 mil millones de años luz de distancia y se la ve tal como era menos de 2 mil millones de años después del Big Bang. Por primera vez, los científicos lograron elaborar un mapa del agua.

La galaxia J1135 se encuentra a 12 mil millones de años luz de distancia y se la ve tal como era menos de 2 mil millones de años después del Big Bang.

Por primera vez, los científicos lograron desarrollar un mapa de la distribución del agua en una galaxia que existía cuando el universo de 13.800 millones de años era apenas un adolescente cósmico.

La galaxia, denominada J1135, se encuentra a unos 12 mil millones de años luz de la Tierra y, por lo tanto, se la ve tal como era menos de 2 mil millones de años después del Big Bang.

El mapa de agua de J1135, creado como parte de un estudio de la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) realizado por el equipo de Astrofísica Teórica y Observacional de Galaxias (GOThA), también tiene una resolución sin precedentes que podría revelar dinámicas nunca antes vistas de las galaxias del universo temprano. .

Aunque el agua es un ingrediente esencial para la vida, su presencia en todo el universo tiene un propósito más allá de la búsqueda de regiones habitables. Los científicos pueden utilizar la distribución del agua en una galaxia para contar la historia cósmica de ciertos procesos que ocurren en su interior. Esto se debe a que, a medida que el agua cambia su estado de hielo a vapor, indica áreas de mayor energía donde están naciendo estrellas, o incluso agujeros negros. En resumen, eso significa que encontrar vapor de agua en una región particular de una galaxia indica que algo muy importante está sucediendo allí.

"El agua se puede encontrar no sólo en la Tierra sino en cualquier lugar del espacio, en diferentes estados", afirmó en un comunicado Francesca Perrotta, autora principal del estudio e investigadora del SISSA. "El agua, por ejemplo, se puede encontrar en forma de hielo en las llamadas nubes moleculares, regiones densas de polvo y gas en las que nacen las estrellas".

"El agua actúa como una capa", continuó Perrotta, "cubriendo la superficie de los granos de polvo interestelar, que forman los componentes básicos de estas nubes moleculares y los principales catalizadores de la formación de moléculas en el espacio". -atmósfera caliente de exoplaneta

Perrotta también explicó que hay momentos en los que algo rompe la quietud y la frialdad de estas nubes moleculares, como el nacimiento de una estrella que libera calor o un agujero negro que comienza a darse un festín con la materia circundante que, a su vez, emite energía.

La radiación de estas fuentes disruptivas calienta el agua congelada, lo que hace que se convierta directamente en forma gaseosa, también conocida como vapor de agua, durante un proceso llamado sublimación. Luego, a medida que este vapor de agua se enfría, emite luz infrarroja que los astrónomos pueden observar.

"Los astrofísicos podrán observar esta emisión de vapor de agua para mapear las regiones de la galaxia donde se produce la energía, lo que nos brindará información sin precedentes sobre cómo se forman las galaxias", dijo Perrotta.

Esos datos de emisión también se pueden combinar con el mapeo de ciertas moléculas, como el dióxido de carbono, para revelar aún más sobre cómo se unen las galaxias a lo largo del tiempo.

Pero observar galaxias primitivas, como J1135, no sería posible sin un poco de ayuda de un fenómeno predicho por primera vez en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein llamado "lente gravitacional".

La teoría de la relatividad general de Einstein de 1915 básicamente predice que los objetos con masa tienen un efecto de deformación en la estructura misma del espacio y el tiempo, asumiendo que el tiempo es tangible en dimensiones superiores. Esto es similar a la analogía 2D de pesas esféricas colocadas sobre una lámina de goma estirada que provoca abolladuras en la tela. Así como los pesos con mayor masa provocan una curvatura más extrema de la lámina, los objetos cósmicos de mayor masa provocan una deformación más extrema del espacio-tiempo. Excepto que, en realidad, la deformación del espacio-tiempo ocurre en 4D debido al bit de tiempo.

Esa curvatura no sólo da lugar a lo que conocemos como gravedad, sino también a un fenómeno realmente interesante relacionado con la luz.

Cuando la luz de una fuente de fondo (por ejemplo, una estrella antigua) pasa por la curvatura del espacio-tiempo creada por una galaxia masiva entre esa fuente de fondo y la Tierra, la curva del camino de la luz más allá del objeto intermedio depende de qué tan cerca se acerque a la deformación. En última instancia, esto significa que la luz del mismo objeto puede llegar a nuestros telescopios en diferentes momentos.

Como resultado de esto, el mismo objeto de fondo no sólo puede aparecer en múltiples puntos de una sola imagen, sino que también puede verse ampliado por el efecto, de ahí la descripción de estos objetos intermedios como "lentes gravitacionales".

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El fenómeno ha sido utilizado con gran éxito por el Telescopio Espacial James Webb (JWST), ya que el instrumento ha observado las galaxias más antiguas jamás vistas por la humanidad. Y, lo que es más importante para el nuevo estudio, también fue fundamental en el descubrimiento de J1135.

Al desempeñar un papel para ayudar a los científicos a determinar la distribución del agua de J1135, las lentes gravitacionales también se han vuelto integrales para comprender cómo evolucionó esa galaxia durante la adolescencia del universo. Es de esperar que el equipo revele una mejor imagen de esta transición a medida que continúen investigando esta galaxia.

“Aún no está claro cómo se forman las galaxias. Hay al menos dos escenarios posibles, no necesariamente alternativos: uno ve la agregación de pequeñas galaxias para crear otras más grandes, y el otro ve la formación de estrellas in situ”, dijo Perrotta. "Estudios como el nuestro nos ayudan a comprender lo que está sucediendo, específicamente en esa galaxia, pero también podemos deducir información más genérica de eso".

La investigación del equipo fue publicada el 19 de julio en The Astrophysical Journal.

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Robert Lea es un periodista científico del Reino Unido cuyos artículos se han publicado en Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek y ZME Science. También escribe sobre comunicación científica para Elsevier y el European Journal of Physics. Rob tiene una licenciatura en física y astronomía de la Open University del Reino Unido. Síguelo en Twitter @sciencef1rst.

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