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ALMA DETECTA OXÍGENO PRIMORDIAL EN LA GALAXIA MÁS LEJANA CONOCIDA  
Se detectó la emisión de la ionización del oxígeno, creado en las primeras estrellas que se formaron en el Universo.

(16 Junio, 2016 - ALMA/CA) Un equipo internacional de astrónomos detectó mediante el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) la presencia de moléculas de oxígeno en una galaxia formada apenas unos 700 millones de años después del Big Bang y cuya luz ha demorado 13.100 millones de años en llegar hasta nosotros. Se trata de las moléculas de oxígeno más distantes que se han detectado a la fecha. El oxígeno de esta galaxia parece haber sido ionizado por una serie de jóvenes estrellas gigantes. Este hallazgo constituye un paso clave para entender la enigmática reionización cósmica ocurrida en el Universo temprano.

Imagen arriba: Imagen compuesta de una porción del área Subaru XMM-Newton Deep Survey Field. Recuadro a la derecha: la galaxia roja en el centro de la imagen es la galaxia más distante, SXDF-NB1006-2. Recuadros a la izquierda: acercamientos de la galaxia más distante. Crédito: NAOJ | Haga click para agrandar.

El equipo de investigación, integrado por científicos de Japón, Suecia, Reino Unido y la ESO, utilizó ALMA para observar una de las galaxias más distantes que se conocen: SXDF-NB1006-2. Esta aparece en las imágenes como una pequeña mancha rojiza difusa, ese color se debe a que tiene un desplazamiento al rojo de 7,2, lo cual significa que se aleja de nosotros a una fracción de la velocidad de la luz y la vemos tal como era cuando habían transcurrido apenas 700 millones de años desde el Big Bang*.

Los astrónomos exploraban la lejana galaxia en busca de elementos químicos pesados [1] para estudiar su nivel de formación estelar y así saber más sobre el período del Universo conocido como reionización cósmica.

“La búsqueda de elementos pesados en el Universo joven es fundamental para estudiar la actividad de formación estelar durante ese período”, explica Akio Inoue, de la Universidad Osaka Sangyo (Japón), autor principal de un artículo que se publicará en la revista Science el jueves 16 de junio de 2016, quien agrega: “El estudio de los elementos pesados también nos da una pista para entender cómo las galaxias se formaron y qué provocó la reionización cósmica”.

Actualmente hay numerosos elementos en el Universo, pero justo después del Big Bang, hace 13.800 millones de años, existían solo los más livianos (hidrógeno, helio y litio). Los elementos más pesados como el carbono y el oxígeno fueron formándose en las estrellas y acumulándose en el Universo con el paso del tiempo.

Antes de que se formaran las primeras estrellas, el Universo estaba lleno de un gas eléctricamente neutro. Unos cientos de millones de años después del Big Bang, parte de este gas comenzó a colapsar en estrellas cuya intensa radiación ionizaba el gas neutro en sus cercanías. Una etapa del Universo que se conoce como Reionización Cósmica. Aunque todo el Universo experimentó un cambio drástico durante dicho período, poco se sabe sobre el proceso, y los científicos siguen debatiendo sobre qué tipo de cuerpos provocaron la reionización.

Imagen arriba: Diagrama de la historia del Universo. El Universo se encuentra en un estado neutro 400.000 años después del Big Bang, y la luz de la primera generación de estrellas empieza a ionizar el hidrógeno. Tras varios cientos de millones de años, el gas del Universo se encuentra totalmente ionizado. Créditos: NAOJ.

“Esperábamos que la luz del oxígeno ionizado fuera lo suficientemente intensa para ser observada, incluso a 13.000 millones de años luz de distancia —señala Hiroshi Matsuo, del NAOJ— porque el satélite astronómico infrarrojo japonés AKARI reveló que esta emisión es muy brillante en la Gran Nube de Magallanes, donde las condiciones ambientales son similares a las del Universo joven”.

Sin embargo, la detección de luz emitida por el oxígeno ionizado en galaxias muy distantes resultó ser todo un desafío para ALMA. Para poder obtener tiempo de observación en ALMA, los investigadores primero llevaron a cabo extensas simulaciones informáticas de la evolución cósmica con el fin de predecir la intensidad del brillo de las emisiones. “La simulación reveló que la luz debía de ser particularmente brillante y fácil de detectar con ALMA”, afirma Ikkoh Shimizu, de la Universidad de Osaka, quien fue el principal colaborador en esta simulación.

En junio de 2015 se llevaron a cabo las primeras observaciones de alta sensibilidad con ALMA que permitieron detectar la luz del oxígeno ionizado de SXDF-NB1006-2 [2]. Esta es la emisión de oxígeno más distante que se ha detectado a la fecha y constituye una prueba fehaciente de la presencia de oxígeno en las primeras etapas del Universo joven, cuando habían transcurrido tan solo 700 millones de años desde el Big Bang. El equipo calcula que la cantidad de oxígeno presente en SXDF-NB1006-2 es diez veces inferior a la que se observa en el Sol.

“Esta cantidad tan pequeña era de esperar, puesto que el Universo aún era muy joven y por ese entonces todavía no se habían formado muchas estrellas”, comenta Naoki Yoshida, de la Universidad de Tokio. “De hecho, nuestra simulación había predicho una concentración diez veces inferior a la del Sol, pero también obtuvimos un resultado inesperado: detectamos una cantidad ínfima de polvo”.

Las observaciones muestran que hay aproximadamente un 10?% de los elementos pesados presentes en el Universo, pero que la cantidad de polvo —conformado precisamente por elementos pesados— parece ser mucho menor. Además, el equipo no logró detectar emisiones de carbono en la galaxia. “Puede haber algo inusual en esta galaxia”, plantea Inoue. “Sospecho que casi todo el gas está muy ionizado”.

Las emisiones del oxígeno ionizado indican que varias estrellas gigantes, docenas de veces más masivas que el Sol, se formaron en la galaxia y están emitiendo una intensa luz ultravioleta. La escasez de polvo y carbono en la galaxia es un factor crucial para que ocurra la reionización cósmica, puesto que permite a la intensa luz ionizante salir de la galaxia e ionizar grandes cantidades de gas fuera de ella. “SXDF-NB1006-2 puede ser un prototipo de las fuentes de luz responsables de la reionización cósmica”, explica Inoue.

“Este es el primer paso para entender qué tipo de objeto provocó la reionización cósmica”, afirma Yoichi Tamura, de la Universidad de Tokio. “Ya hemos empezado nuevas observaciones con ALMA: observaciones a mayor resolución que nos permitirán ver la distribución y el movimiento del oxígeno ionizado en la galaxia y proporcionarán datos valiosos que nos ayudarán a entender las propiedades de la galaxia”.

Notas:

[1] En astronomía, los elementos más pesados que el litio se conocen como elementos pesados.
[2] La longitud de onda original de la luz emitida por oxígeno doblemente ionizado es de 88 micrómetros. La longitud de onda de la luz emitida por SXDF-NB1006-2 ha sido estirada a 725 micrómetros por la expansión del Universo, lo cual ha permitido observarla con los receptores de Banda 8 de ALMA desarrollados por el NAOJ.

* Nota de CA: La galaxia se encuentra a 99 150 000 000 de años luz de distancia.

Paper original.


AVISO:



 
DETECTAN ORIGEN DEL FONDO CÓSMICO INFRARROJO  
La misteriosa radiación infrarroja de fondo sería causada por galaxias débiles repartidas por todo el Universo.

(10 Marzo, 2016 - ALMA/CA) El Universo no es completamente oscuro, los astrónomos han descubierto ya que resplandece débil, constante y uniformemente en varias longitudes de luz. La más conocida es el Fondo Cósmico de Microondas, descubierto en 1964; además están el Fondo Cósmico Óptico (COB, en su sigla en inglés) y el Fondo Cósmico Infrarrojo (CIB, en su sigla en inglés). Todas se conocen como “radiación cósmica de fondo”, proveniente de todas partes.

El origen de los primeros dos tipos de radiación ya se conoce: el fondo cósmico óptico proviene de una gran cantidad de estrellas, mientras que el fondo de microondas corresponde a emisiones de gas caliente generadas justo después de la Gran Explosión o Big Bang. Quedaba por revelar, el origen del fondo infrarrojo. Varios proyectos de investigación, incluidos algunos basados en observaciones realizadas con ALMA, permitieron explicar cerca de la mitad de la emisiones infrarrojas de fondo.

Imagen arriba: Representación artística del fondo cósmico infrarrojo resuelto con ALMA. Créditos: NAOJ.

Un equipo de investigación logró, gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), detectar las fuentes de ondas milimétricas más débiles que se haya observado a la fecha. Tras acumular datos de ondas milimétricas provenientes de objetos tenues repartidos por todo el Universo. Al cotejar los datos con imágenes ópticas e infrarrojas, el equipo de investigación descubrió que un 60 % de estos objetos corresponde a tenues galaxias, mientras que el resto no registra emisiones en los espectros óptico e infrarrojo, por lo que aún se ignora su naturaleza.

El equipo, encabezado por el estudiante de posgrado Seiji Fujimoto y el profesor asociado de la Universidad de Tokio, Masami Ouchi, utilizó datos de ALMA para estudiar este misterioso fondo infrarrojo. Gracias a su sensibilidad y su capacidad de resolución sin precedentes, ALMA es la herramienta perfecta para buscar el origen del fondo cósmico infrarrojo.

El equipo examinó una gran cantidad de datos recabados por ALMA durante cerca de 900 días en busca de objetos tenues. También buscaron cuidadosamente rastros de fuentes sometidas a lentes gravitacionales pues, al amplificar sus emisiones por fuerza de una intensa gravedad, vuelven visibles incluso a los objetos más tenues.

“El origen del fondo infrarrojo es desde hace mucho tiempo un eslabón perdido de la energía proveniente del Universo”, señala Seiji Fujimoto, quien ahora estudia en el Instituto de Investigación sobre Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio. “Nos hemos dedicado a analizar la gigantesca base de datos de ALMA en busca de ese eslabón”.

Finalmente, el equipo descubrió 133 objetos tenues, entre los cuales se encuentra uno cinco veces más tenue que cualquier otro que se haya detectado a la fecha. Según los investigadores, la totalidad del fondo infrarrojo puede explicarse sumando las emisiones de objetos como éste.

¿De qué objetos se trata? Tras comparar datos de ALMA, del telescopio espacial Hubble y el telescopio Subaru, el equipo descubrió que un 60 % corresponde a galaxias que también son visibles en imágenes ópticas e infrarrojas. El polvo presente en las galaxias absorbe luz óptica e infrarroja y reemite la energía en ondas más largas, en el espectro milimétrico, que ALMA es capaz de detectar.

“No obstante, ignoramos por completo de qué está hecho el resto. Yo deduzco que son galaxias opacadas por el polvo. Considerando lo oscuras que son, se trataría de galaxias de muy baja masa”, explica Masami Ouchi, entusiasmado. “Eso significa que estas pequeñas galaxias contienen mucho polvo, lo cual contradice nuestros conocimientos actuales, pues hasta donde sabemos las galaxias pequeñas deberían de albergar poco polvo. Los resultados que obtuvimos podrían ser indicios de la existencia de muchos objetos insospechados en el Universo distante. Estamos ansiosos por descubrir estas misteriosas fuentes en el futuro gracias a ALMA”.

ALMA detectó una parte del fondo cósmico infrarrojo en longitudes de onda de 1 mm. En los espectros milimétrico y submilimétrico el fondo infrarrojo no se debilita, por más lejos que se encuentre la fuente. De ahí que esas longitudes de onda sean tan idóneas para auscultar las zonas más lejanas del Universo.


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