Galaxies in the Infant Universe Were Surprisingly Mature

ALMA telescope conducts largest survey yet of distant galaxies in the early universe

Artist’s illustration of a dusty, rotating distant galaxy
Credit: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru

Massive galaxies were already much more mature in the early universe than previously expected. This was shown by an international team of astronomers who studied 118 distant galaxies with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Most galaxies formed when the universe was still very young. Our own galaxy, for example, likely started forming 13.6 billion years ago, in our 13.8 billion-year-old universe. When the universe was only ten percent of its current age (1-1.5 billion years after the Big Bang), most of the galaxies experienced a “growth spurt”. During this time, they built up most of their stellar mass and other properties, such as dust, heavy element content, and spiral-disk shapes, that we see in today’s galaxies. Therefore, if we want to learn how galaxies like our Milky Way formed, it is important to study this epoch.

In a survey called ALPINE (the ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), an international team of astronomers studied 118 galaxies experiencing such a “growth spurt” in the early universe. “To our surprise, many of them were much more mature than we had expected,” said Andreas Faisst of the Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) at the California Institute of Technology (Caltech).

Galaxies are considered more “mature” than “primordial” when they contain a significant amount of dust and heavy elements. “We didn’t expect to see so much dust and heavy elements in these distant galaxies,” said Faisst. Dust and heavy elements (defined by astronomers as all elements heavier than hydrogen and helium) are considered to be a by-product of dying stars. But galaxies in the early universe have not had much time to build stars yet, so astronomers don’t expect to see much dust or heavy elements there either.

“From previous studies, we understood that such young galaxies are dust-poor,” said Daniel Schaerer of the University of Geneva in Switzerland. “However, we find around 20 percent of the galaxies that assembled during this early epoch are already very dusty and a significant fraction of the ultraviolet light from newborn stars is already hidden by this dust,” he added.

Many of the galaxies were also considered to be relatively grown-up because they showed a diversity in their structures, including the first signs of rotationally supported disks – which may later lead to galaxies with a spiral structure as is observed in galaxies such as our Milky Way. Astronomers generally expect that galaxies in the early universe look like train wrecks because they often collide. “We see many galaxies that are colliding, but we also see a number of them rotating in an orderly fashion with no signs of collisions,” said John Silverman of the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Japan.

ALMA has spotted very distant galaxies before, such as MAMBO-9 (a very dusty galaxy) and the Wolfe Disk (a galaxy with a rotating disk). But it was hard to say whether these discoveries were unique, or whether there were more galaxies like them out there. ALPINE is the first survey that enabled astronomers to study a significant number of galaxies in the early universe, and it shows that they might evolve faster than expected. But the scientists don’t yet understand how these galaxies grew up so fast, and why some of them already have rotating disks.

Observations from ALMA were crucial for this research because the radio telescope can see the star formation that is hidden by dust and trace the motion of gas emitted from star-forming regions. Surveys of galaxies in the early universe commonly use optical and infrared telescopes. These allow the measurement of the unobscured star formation and stellar masses. However, these telescopes have difficulties measuring dust obscured regions, where stars form, or the motions of gas in these galaxies. And sometimes they don’t see a galaxy at all. “With ALMA we discovered a few distant galaxies for the first time. We call these Hubble-dark as they could not be detected even with the Hubble telescope,” said Lin Yan of Caltech.

To learn more about distant galaxies, the astronomers want to point ALMA at individual galaxies for a longer time. “We want to see exactly where the dust is and how the gas moves around. We also want to compare the dusty galaxies to others at the same distance and figure out if there might be something special about their environments,” added Paolo Cassata of the University of Padua in Italy, formerly at the Universidad de Valparaíso in Chile.

ALPINE is the first and largest multi-wavelength survey of galaxies in the early universe. For a large sample of galaxies the team collected measurements in the optical (including Subaru, VISTA, Hubble, Keck and VLT), infrared (Spitzer), and radio (ALMA). Multi-wavelength studies are needed to get the full picture of how galaxies are built up. “Such a large and complex survey is only possible thanks to the collaboration between multiple institutes across the globe,” said Matthieu Béthermin of the Laboratoire d’Astrophysique de Marseille in France.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

Fuente : Iris Nijman
NRAO News and Public Information Manager
inijman@nrao.edu

IFA academics work to protect the Chilean night sky

Vincent Van Gogh

Cuando el poeta chileno, Pablo Neruda, pudo escribir “La noche está estrellada y titilan azules los astros a lo lejos” seguramente se encontraba en ese estado de inspiración que permite la oscuridad completa bajo un cielo nocturno como el que también pintó Van Gogh en su famoso cuadro “La noche estrellada”.

La posibilidad de la ciencia y, en definitiva, la humanidad, de disfrutar de esa experiencia que transcurre cada día entre que se esconde el sol en el horizonte y amanece nuevamente, tiene a numerosos especialistas de variadas disciplinas en el mundo entero sin poder dormir tranquilos.

Recientemente en Chile una comisión científica fue nominada por el Ministerio de Ciencias y de Medio Ambiente para proteger ciertos territorios de la contaminación lumínica y revisar aquellos que poseen características únicas para el desarrollo de la astronomía.

El grupo de seis especialistas definidos con el apoyo de la Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS), está integrado por María Teresa Ruiz, Eduardo Unda-Sanzana, Amelia Ramírez, Manuela Zoccali, Rodrigo Reeves y Ricardo Bustos; quienes cuentan con la colaboración de la astrofísica y Seremi del Ministerio de Ciencia, Paulina Assmann, además del director del Programa de Astronomía de ANID, Luis Chavarría.

A propósito de esta iniciativa el astrónomo Dr. Eduardo Ibar desde el Instituto de Física y Astronomía (IFA) y, en su calidad de Director Ejecutivo de SOCHIAS, ha impulsado y apoyado activamente la creación de un Grupo de Trabajo para la Contaminación Lumínica de SOCHIAS (https://sochias.cl/actividades/grupo-de-trabajo-para-la-contaminacion-luminica/) que analiza desde Chile este escenario: “El cielo de Chile es de algún modo la puerta que conecta la Tierra con el espacio exterior. La calidad del cielo de Chile para la observación astronómica es reconocida mundialmente. Si la contaminación lumínica no es atacada efectivamente, en unas pocas décadas podríamos perder esta posición”.

Ibar, quien también es representante de esta asociación ante el directorio de la Fundación Cielos de Chile (https://cieloschile.cl/), y en su afán de trabajar en investigaciones que apunten en esta protección, es partícipe en un proyecto QUIMAL junto al meteorólogo del IFA, Omar Cuevas, para enviar una cámara al espacio en un CubeSat con el fin de monitorear la contaminación lumínica en la vecindad de los observatorios astronómicos (https://elpais.com/elpais/2020/01/31/ciencia/1580466775_052858.html).

“Este proyecto es innovador pues se podrá observar específicamente desde el espacio el territorio alrededor de los observatorios astronómicos y cuantificar la contaminación producida por fuentes luminosas. El análisis de las imágenes obtenidas por el CubeSat estará a cargo por los investigadores de la Universidad de Valparaíso, donde también tendrá una componente de análisis atmosférico y brindará la oportunidad de investigar cómo las condiciones meteorológicas pueden aportar a la contaminación lumínica.”, se refiere Omar Cuevas.

Fuente: https://www.nightearth.com

Los avances de este estudio los presentó hace pocas semanas Ibar en el Primer Congreso Transfronterizo de Contaminación Lumínica: (https://desarrolloruralysostenibilidad.dip-badajoz.es/ctcl2020/).

Si ya existía el decreto 043, ¿por qué ahora es necesario una comisión de expertos que aporte en la definición de nuevos territorios?

“Porque la reciente modificación de la Ley 19.300 define abordar la contaminación lumínica como parte de las exigencias en la elaboración de un estudio de impacto ambiental, y además le da la responsabilidad al Ministerio de Ciencia Tecnología Conocimiento e Innovación de proponer al Presidente de la República las áreas con valor científico y de investigación para la observación astronómica”, señala Ibar.

¿De qué forma la comunidad de a pie puede aportar con esto?

“Concientizando a los demás para alertar sobre la pérdida del cielo nocturno y la imposibilidad de maravillarse con las estrellas. También preferir luminarias de temperatura de color menor a 3000 Kelvin en sus casas y patios. Esto no es solo por un tema de contaminación para la astronomía, sino también por un tema de salud pública, y de protección de la biodiversidad. Pueden también alertar a la Superintendencia del Medio Ambiente sobre posibles focos contaminantes en las Regiones de Antofagasta, Atacama y Coquimbo”.

“Mito & Rali”, an animated series for kids to encourage their scientific skills

La serie, contó con el financiamiento del fondo ALMA-ANID 2019, y fue ejecutada por la Universidad de Valparaíso en colaboración con las productoras Puerto Almendral y Máquina Visual.

A pesar de todo mal augurio según la creencia popular de la fatalidad de los martes 13, el lanzamiento de la serie de divulgación científica “Mito y Rali, en la tierra de las estrellas”, fue todo un éxito. Tuvo lugar de forma online ese mismo día 13 a través del Canal Youtube Difusión IFA y en presencia de autoridades y de un amplio público familiar en los que abundaron niños y niñas.

Las aventuras de Mito y Rali, son una serie animada sobre una pareja de amigos que viven en Antofagasta, Chile, cuya curiosidad los lleva a investigar y derribar mitos comunes en torno a la ciencia. La primera temporada gira en torno a la astronomía, y por eso se titula “Mito & Rali, en la tierra de las estrellas”.

La serie estará disponible en la Biblioteca Digital de Explora y en el canal de Youtube del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso. A partir de esta semana y cada martes se estrenará un nuevo capítulo, para terminar el viernes 13 de noviembre con un webinar sobre el trabajo detrás de las cámaras.

Durante la actividad de lanzamiento, organizada por la Seremi de Ciencia de la Macrozona Centro, participaron Marcela Colombres, Directora Nacional de Explora, Olga Barbosa, Seremi de Ciencia de la Macrozona Sur, y Catalina Arcos, astrónoma y asesora científica de la serie.

“Mito y Rali logra incorporar de manera lúdica, contenido del mundo de la astronomía dirigido a niños y niñas en etapa escolar. Nos pareció muy interesante que los capítulos de la serie sean complementados con guías pedagógicas para que los docentes medien la experiencia con sus estudiantes. Esto además es de vital importancia en el actual contexto, poder contar con material de libre acceso y con múltiples formatos que se articulan pensando en los beneficiarios. En cada capítulo además se intentan derribar mitos en torno a la astronomía, fomentando en cierta manera el juicio crítico, una de las competencias científicas que en el Programa Explora nos interesa fomentar”, señaló Marcela Colombres, Directora Nacional de Explora.

Por su parte la Dra. Catalina Arcos se refirió a su experiencia durante la realización de la serie: “La ciencia te enseña a fomentar el pensamiento científico y cuestionar cómo suceden las cosas, es una de las herramientas más importantes para dar respuesta a las grandes interrogantes de la vida. Los que participamos en divulgación científica, siempre estamos buscando formas creativas de llevar la ciencia a toda la comunidad. El poder llevar el conocimiento en la cual necesitas un background a un video corto pero informativo, y a su vez entretenido, fue todo un desafío y por lo mismo rescato el trabajo en equipo que se realizó, el cual fue clave para este proyecto”

La serie, contó con el financiamiento del fondo ALMA-ANID 2019, y fue ejecutada por la Universidad de Valparaíso en colaboración con las productoras Puerto Almendral y Máquina Visual.

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