La mejor imagen obtenida de una fusión de galaxias en el universo lejano— ALMA aplica los métodos de Sherlock Holmes



Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y muchos otros telescopios en tierra y en el espacio, un equipo internacional de astrónomos ha obtenido la mejor imagen de una colisión que tuvo lugar entre dos galaxias cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual. Se sirvieron de una lupa del tamaño de una galaxia para revelar detalles de otro modo invisibles. Estos nuevos estudios de la galaxia H-ATLAS J142935.3-002836 han demostrado que este objeto, complejo y distante, es parecido a una conocida colisión de la galaxia local, las Galaxias Antena.
El famoso detective de ficción Sherlock Holmes utilizaba una lupa para revelar evidencias apenas visibles, pero importantes. Los astrónomos están ahora combinando el poder de muchos telescopios basados en tierra y en el espacio [1] con una forma infinitamente más grande de lente cósmica para estudiar un caso de vigorosa formación estelar en el universo temprano.
"Mientras los astrónomos a menudo se ven limitados por la potencia de sus telescopios, en algunos casos nuestra capacidad para ver el detalle es enormemente mejorada por lentes naturales, creadas por el universo", explica el autor principal, Hugo Messias, de la Universidad de Concepción (Chile) y el Centro de Astronomía y Astrofísica da Universidad de Lisboa (Portugal). "Einstein predijo en su teoría de la relatividad general que, dada la suficiente masa, la luz no viaja en línea recta, sino que se dobla de forma similar a la luz refractada por una lente normal".
Estas lentes cósmicas son creadas por enormes estructuras como galaxias y cúmulos de galaxias, que desvían la luz de los objetos que hay detrás de ellos debido a su fuerte gravedad — un efecto denominado de lente gravitacional o gravitatoria. Las propiedades de este efecto lupa permiten a los astrónomos estudiar objetos que no serían visibles de otro modo y comparar directamente las galaxias locales con otras mucho más remotas, vistas cuando el universo era considerablemente más joven.
Pero para que estas lentes gravitacionales funcionen, la galaxia que hace de lente y la que se encuentra detrás, alejada, deben estar alineadas de un modo muy preciso.
"Estas alineaciones casuales son muy raras y tienden a ser difíciles de identificar",  añade Hugo Messias, "pero estudios recientes han demostrado que mediante la observación en longitudes de onda del infrarrojo lejano y el rango milimétrico, podemos encontrar estos casos de una forma mucho más eficiente".
H-ATLAS J142935.3-002836 (o simplemente H1429-0028 para abreviar) es una de estas fuentes y fue encontrada en el sondeo Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey (H-ATLAS). Aunque muy débil en las imágenes de luz visible, es una de las lentes gravitatorias más brillantes del infrarrojo lejano encontrado hasta el momento, aunque lo estamos viendo en un momento en el que el universo tenía sólo la mitad de su edad actual.
Sondear este objeto estaba en el límite de lo posible, por lo que el equipo internacional de astrónomos comenzó una extensa campaña de seguimiento con los telescopios más potentes — tanto en tierra como en el espacio — incluyendo el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, ALMA, el Observatorio Keck, el conjunto Karl Jansky Very Large Array (JVLA) y otros. Los diferentes telescopios proporcionaron diferentes puntos de vista, que se combinaron para obtener la mejor imagen de este inusual objeto.
Las imágenes de Hubble y Keck revelaron un detallado anillo de luz gravitacionalmente inducido alrededor de la galaxia del frente. Estas imágenes de alta resolución también demostraron que la galaxia que ejercía de lente es una galaxia con el disco de canto — similar a nuestra galaxia, la Vía Láctea — que oscurece partes de la luz del fondo debido a las grandes nubes de polvo que contiene.
Pero este oscurecimiento no es un problema para ALMA y JVLA, puesto que estas dos instalaciones observan el cielo en longitudes de onda más largas, que no se ven afectadas por el polvo. Combinando los datos, el equipo descubrió que el sistema de fondo era en realidad una colisión que está teniendo lugar entre dos galaxias. Desde ese momento, ALMA y JVLA empezaron a jugar un papel clave en la caracterización de este objeto.
En particular, ALMA trazó el monóxido de carbono, que permite hacer estudios detallados de los mecanismos de formación de estrellas en las galaxias. Las observaciones de ALMA también permitieron medir el movimiento del material en el objeto más distante. Esto fue esencial para demostrar que el objeto que se observa a través de la lente es, de hecho, una colisión galáctica en curso que da lugar a cientos de nuevas estrellas cada año, y que una de las galaxias del choque aún muestra signos de rotación, una indicación de que era una galaxia de disco justo antes de este encuentro.
El sistema de estas dos galaxias en colisión se asemeja a un objeto que está mucho más cerca de nosotros: las Galaxias Antena. Se trata de una espectacular colisión entre dos galaxias que se cree que han tenido una estructura de disco en el pasado. Mientras que el sistema de las Antenas está formando estrellas a un ritmo de sólo unas pocas decenas de la masa de nuestro Sol cada año, en el mismo tiempo H1429-0028 convierte una masa de gas de más de 400 veces la masa del Sol en nuevas estrellas.
Rob Ivison, Director de Ciencia de ESO y coautor del nuevo estudio, concluye: "ALMA nos ha permitido resolver este dilema porque nos ha proporcionado información sobre la velocidad del gas en las galaxias, lo que hace posible distinguir los diversos componentes, revelando la firma clásica de una fusión de galaxias. Este hermoso estudio capta una fusión galaxia en plena acción, justo en el momento en el que desencadena un estallido extremo de formación estelar".

Notas

[1] Entre el conjunto de instrumentos que se usaron para proporcionar evidencias que ayudasen a desentrañar los misterios de este caso, se encontraban nada menos que tres Telescopios de ESO — ALMA, APEX y VISTA. Los otros telescopios y sondeos de los que se hizo uso fueron: el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, el Telescopio Gemini Sur, el Telescopio Keck-II, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, el conjunto Jansky Very Large Array, CARMA, IRAM y SDSS y WISE.

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO), en América del Norte por la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos (NSF) en cooperación con Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencias (NSC) de Taiwán; y en Asia Oriental  por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NOAJ). El Observatorio Conjunto ALMA (Joint ALMA Observatory, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA.
Este trabajo se presentó en un artículo titulado “Herschel-ATLAS and ALMA HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027”, por Hugo Messias et al., y aparece el 26 de agosto de 2014 en la versión digital de la revista Astronomy & Astrophysics.

El equipo está compuesto por Hugo Messias (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile; Centro de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Lisboa, Portugal), Simon Dye (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Nottingham, Reino Unido), Neil Nagar (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Gustavo Orellana (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), R. Shane Bussmann (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, EE.UU.), Jae Calanog (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de California, EE.UU), Helmut Dannerbauer (Universidad de Wien, Instituto de Astrofísica, Austria), Hai Fu (Departamento de Astronomía, Instituto de Tecnología de California, EE.UU), Edo Ibar (Pontificia Universidad Católica de Chile, Departamento de Astronomía y Astrofísica, Chile), Andrew Inohara (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de California, EE.UU), R. J. Ivison (Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Royal Observatory, Reino Unido; ESO, Garching, Alemania), Mattia Negrello (INAF, Observatorio Astronómico de Padua, Italia), Dominik A. Riechers (Departamento de Astronomía, Instituto de Tecnología de California, EE.UU; Departamento de Astronomía, Universidad de Cornell, EE.UU), Yun-Kyeong Sheen (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Simon Amber (The Open University, Milton Keynes, Reino Unido), Mark Birkinshaw (Laboratorio de Física H. H. Wills, Universidad de Bristol, Reino Unido; Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, EE.UU), Nathan Bourne (Escuela de Fíisica y Astronomía, Universidad de Nottingham, Reino Unido), Dave L. Clements (Grupo de Astrofísica del Imperial College, Londres, Reino Unido), Asantha Cooray (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de California, EE.UU; Departamento de Astronomía, Instituto de Tecnología de California, EE.UU), Gianfranco De Zotti (INAF, Observatorio Astronómico de Padua, Italia), Ricardo Demarco (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Loretta Dunne (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda; Instituto de Astronomía, Universidad de Edinburgh, Royal Observatory, Reino Unido), Stephen Eales (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Cardiff, Reino Unido), Simone Fleuren (Escuale de ciencias Matemáticas, Universidad de Londres, Reino Unido), Roxana E. Lupu (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Pennsylvania, EE.UU), Steve J. Maddox (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda; Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Royal Observatory, Reino Unido), Michał J. Michałowski (Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Royal Observatory, Reino Unido), Alain Omont (Instituto de Astrofísica de París, UPMC Univ. París, Francia), Kate Rowlands (Escuela de Física & Astronomía, Universidad de St Andrews, Reino Unido), Dan Smith (Centro de Investigación en Astrofísica, Inetituto de Investigación de Ciencia & Tecnología, Universidad de Hertfordshire, Reino Unido), Matt Smith (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Cardiff, Reino Unido) y Elisabetta Valiante (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Cardiff, Reino Unido).


Fusión de galaxias en el universo distante amplificada a través de una lente gravitacional


El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y muchos otros telescopios en tierra y en el espacio se han utilizado para obtener la mejor imagen obtenida hasta el momento de una colisión que tuvo lugar entre dos galaxias cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual. Se sirvieron de una lupa del tamaño de una galaxia para revelar detalles de otro modo invisibles. Estos nuevos estudios de la galaxia H-ATLAS J142935.3-002836  han demostrado que este objeto, complejo y distante, es parecido a la conocida colisión de la galaxia local, las Galaxias Antena.
En esta foto puedes ver la galaxia del frente que está haciendo de lente, que se asemeja a nuestra galaxia, la Vía Láctea, si pudiésemos verla de canto. Pero alrededor de esta galaxia hay un anillo casi completo — la imagen borrosa de una fusión de galaxias con formación estelar mucho más alejada.
Esta imagen combina las vistas desde el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y el telescopio Keck II en Hawái (utilizando óptica adaptativa).

Crédito:

ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory

Cómo una lente gravitatoria actúa igual que una lupa


Este diagrama muestra cómo el efecto de lentes gravitacionales alrededor de una galaxia normal enfoca la luz proveniente de una fusión de galaxias con formación estelar muy distantes para crear una imagen distorsionada, pero más brillante.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser


Visión de amplio campo del cielo alrededor de la fusión de galaxias H-ATLAS J142935.3-002836 observada con lente gravitatoria



Esta visión de amplio campo del cielo alrededor de la fusión de galaxias H-ATLAS J142935.3-002836, observada con lente gravitatoria, fue creada a partir de imágenes del sondeo Digitized Sky Survey 2. Esta zona comparativamente vacía del cielo cuenta con pocas estrellas y muchas galaxias débiles — incluyendo una que, por casualidad, actuó como una lupa y mostró la luz de una remota galaxia con formación estelar mucho más  remota y atenuada.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Fusión de galaxias en el universo distante amplificada a través de una lente gravitacional



El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y muchos otros telescopios en tierra y en el espacio se han utilizado para lograr la mejor imagen obtenida hasta el momento de una colisión que tuvo lugar entre dos galaxias cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual. Se sirvieron de una lupa del tamaño de una galaxia para revelar detalles de otro modo invisibles. Estos nuevos estudios de la galaxia H-ATLAS J142935.3-002836  han demostrado que este objeto, complejo y distante, es parecido a la conocida colisión de la galaxia local, las Galaxias Antena.
En esta foto puedes ver la galaxia del frente que está haciendo de lente, que se asemeja a nuestra galaxia, la Vía Láctea, si pudiésemos verla de canto. Pero alrededor de esta galaxia hay un anillo casi completo — la imagen borrosa de una fusión de galaxias con formación estelar mucho más alejada.
Esta fotografía combina las imágenes obtenidas con el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y el telescopio Keck II en Hawái (utilizando la óptica adaptativa) junto con las imágenes obtenidas por ALMA, que se muestran en rojo. Los datos de ALMA también dan información sobre los movimientos del material en las lejanas galaxias en proceso de fusión y fueron vitales para desentrañar la naturaleza de este complejo objeto.

Crédito:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory


VIDEOS .

Una visión más cercana de una fusión de galaxias en el universo distante vista a través de una lente gravitacional



Este vídeo comienza con una visión de la mayor parte del cielo y lleva al espectador a una región al parecer escasamente ocupada de la constelación de Virgo (la Virgen). En el centro, como una débil mancha más, hay un objeto notable: la imagen de una fusión de galaxias lejanas vista a través de una lente gravitacional.

Crédito:

ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory/Digitized Sky Survey 2. Music: movetwo


Impresión artística del efecto de una lente gravitacional sobre una fusión distante de galaxias



Esta impresión artística muestra cómo el efecto de lente gravitatoria, provocado por una galaxia intermedia, magnifica, aclara y distorsiona la apariencia de una remota fusión de galaxias que se encuentra detrás, a mucha distancia. El punto de vista del observador se mueve hacia los lados para que la galaxia distante aparezca, primero a un lado, donde se ve muy débil, y luego justo detrás del objeto de primer plano, apareciendo entonces impresionantemente ampliada y aumentando su brillo total aparente.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser



Fuente: Observatorio Europeo Austral , ESO 

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