ALMA desvela los secretos de una mancha espacial gigante
Las manchas Lyman-alfa (LABs, de Lyman-alpha Blobs) son gigantescas nubes de gas de hidrógeno que pueden abarcar cientos de miles de años luz y se encuentran a grandes distancias cósmicas. El nombre refleja la característica longitud de onda de la luz ultravioleta que emiten, conocida como radiación Lyman-alfa [1]. Desde su descubrimiento, los procesos que dan lugar a los LABs han sido un rompecabezas astronómico. Ahora, nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA, han aclarado el misterio.
Una de las manchas Lyman-alfa más grande conocida, y la más ampliamente estudiada, es la mancha SSA22-Lyman-alfa 1 o LAB-1. Incrustado en el núcleo de un gran cúmulo de galaxias que se encuentra en las primeras etapas de formación, fue el primer objeto de su tipo en ser descubierto — en el año 2000 — y se encuentra tan lejos que su luz ha tardado unos 11.500 millones de años en llegar hasta nosotros.
Un equipo de astrónomos, liderado por Jim Geach, del Centro de Investigación en Astrofísica de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), ha utilizado el conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), con su inigualable capacidad para observar la luz de las nubes de polvo frías en galaxias lejanas, para estudiar LAB-1 en profundidad. Esto les permitió identificar y resolver varias fuentes de emisión submilimétrica [2].
Combinando las imágenes de ALMA con las observaciones del instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, que capta la luz Lyman-alfa, pudieron demostrar que las fuentes de ALMA se encuentran en el corazón de la mancha Lyman-alfa, donde están formando estrellas a un ritmo cien veces superior al de la Via Láctea.
Además, la capacidad de hacer imagen profunda del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y la espectroscopia proporcionada por el Observatorio W. M. Keck [3] demostraron que las fuentes de ALMA están rodeadas por numerosas galaxias compañeras débiles que podrían estar bombardeando las fuentes centrales de ALMA, ayudando a impulsar sus altas tasas de formación estelar.
Llegados a este punto, el equipo llevó a cabo una sofisticada simulación de formación de galaxias para demostrar que la gigante nube brillante de emisión Lyman-alfa puede explicarse si la luz ultravioleta producida por la formación de estrellas en las fuentes de ALMA dispersa el gas de hidrógeno circundante. Esto daría lugar a la mancha Lyman-alfa que vemos.
Jim Geach, autor principal del nuevo estudio, explica: "Imaginen una farola en una noche con niebla: vemos el resplandor difuso porque luz se dispersa por las pequeñas gotitas de agua. Aquí sucede algo similar, salvo que la farola es una galaxia con intensa formación estelar y la niebla es una enorme nube de gas intergaláctico. Las galaxias están iluminando su entorno".
Entender cómo se forman y evolucionan las galaxias es un desafío enorme. Los astrónomos piensan que las manchas Lyman-alfa son importantes porque parecen ser los lugares donde se forman las galaxias más masivas del universo. En particular, la luz Lyman-alfa extendida, proporciona información sobre lo que está sucediendo en la nube de gas primordial que rodea a las galaxias jóvenes, una región que es muy difícil de estudiar, pero cuya comprensión resulta fundamental.
Jim Geach, concluye, "Lo que resulta emocionante acerca de estas manchas es que por fin podemos ver lo que está sucediendo alrededor de estas galaxias jóvenes en crecimiento. Durante mucho tiempo, el origen de la extendida luz Lyman-alfa ha generado polémica. Pero, con la combinación de nuevas observaciones y simulaciones de vanguardia, creemos haber resuelto un misterio de hace 15 años: Lyman-alfa Blob-1 es el lugar de formación de una galaxia elíptica masiva que un día será el corazón de un cúmulo gigante. Estamos viendo una instantánea de la unión de esta galaxia hace 11.500 millones de años".
Notas
[1] Los electrones de carga negativa que orbitan el núcleo con carga positiva en un átomo tienen niveles cuantizados de energía. Es decir, sólo puede existir en estados de energía específicos, y sólo puede haber transición entre ellos si ganan o pierden cantidades precisas de energía. La radiación Lyman-alfa se produce cuando los electrones de los átomos de hidrógeno caen desde el segunda nivel más bajo hacia el nivel más bajo de energía. La cantidad exacta de energía perdida se libera como luz con una longitud de onda particular, en la parte ultravioleta del espectro, que los astrónomos pueden detectar con telescopios espaciales o basados en tierra en el caso de objetos desplazados al rojo. En el caso de LAB-1, cuyo corrimiento al rojo es de z~3, la luz Lyman-alfa se ve como luz visible.
[2] La resolución es la capacidad de ver que dos objetos están separados. En baja resolución, varias fuentes luminosas a una determinada distancia parecerían un solo punto brillante, y sólo podrían distinguirse las fuentes como individuales a distancias más cercanas. La alta resolución de ALMA ha resuelto lo que previamente parecía ser una sola mancha en tres fuentes distintas.
[3] Los instrumentos utilizados fueron el espectrógrafo STIS (Space Telescope Imaging Spectograph) instalado en el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y el espectrómetro multiobjeto MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration), instalado en el telescopio Keck 1, en Hawái.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within”, por J. Geach et al., que aparece en la revista Astrophysical Journal.
El equipo está formado por J. E. Geach (Centro de Investigación en Astrofísica, Universidad de Hertfordshire, Hatfield, Reino Unido); D. Narayanan (Departamento de Física y Astronomía, Haverford College, Haverford PA, EE.UU.; Departamento de Astronomía, Universidad de Florida, Gainesville FL, EE.UU.); Y. Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Mitaka, Tokyo, Japón; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokyo, Japan); M. Hayes (Universidad de Estocolmo, Departamento de Astronomía y Centro Oskar Klein de Física de Cosmopartículas, Estocolmo, Suecia); Ll. Mas-Ribas (Instituto de Astrofísica Téórica, Universidad de Oslo, Oslo, Noruega); M. Dijkstra (Instituto de Astrofísica Téórica, Universidad de Oslo, Oslo, Noruega); C. C. Steidel (Instituto Tecnológico de California, Pasadena CA, EE.UU.); S. C. Chapman (Departamento de Física y Ciencias de la Atmósfera, Universidad Dalhousie, Halifax, Canadá); R. Feldmann (Departamento de Astronomía, Universidad de California, Berkeley CA, Ee.UU.); A. Avison (Nodo del Centro Regional de ALMA del Reino Unido; Centro Jodrell Bank de Astrofísica, Escuela de Física y Astronomía, La Universidad de Manchester, Manchester, Reino Unido); O. Agertz (Departamento de Física, Universidad de Surrey, Guildford, Reino Unido); Y. Ao (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Mitaka, Tokyo, Japón); M. Birkinshaw (Laboratorio de Física H.H. Wills, Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido); M. N. Bremer (Laboratorio de Física H.H. Wills, Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido); D. L. Clements (Grupo de Astrofísica, Imperial College de Londres, Laboratorio Blackett, Londres, Reino Unido); H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, España; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, España); D. Farrah (Departamento de Física, Virginia Tech, Blacksburg VA, EE.UU.); C. M. Harrison (Centro de Astronomía Extragaláctica, Departamento de Física, Universidad de Durham, Durham, Reino Unido); M. Kubo (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Mitaka, Tokyo, Japón); M. J. Michałowski (Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); D. Scott (Departamento de Física & Astronomía, Universidad de British Columbia, Vancouver, Canadá); M. Spaans (Instituto de Astronomía Kapteyn, Universidad de Groningen, Groningen, Países Bajos); J. Simpson (Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); A. M. Swinbank (Centro de Astronomía Extragaláctica, Departamento de Física, Universidad de Durham, Durham, Reino Unido); Y. Taniguchi (Universidad Abierta de Japón, Chiba, Japón); E. van Kampen (ESO, Garching, Alemania); P. Van Der Werf (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); A. Verma (Astrofísica de Oxford, Departamento de Física, Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido) y T. Yamada (Instituto de Astronomía, Universidad de Tohoku, Miyagi, Japón).
El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán (NSC, National Science Council), y por el NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute).
La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, Observatorio Astronómico Nacional de Japón) en Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (Observatorio Conjunto ALMA, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.
Simulación por ordenador de una mancha Lyman-alfa
Esta renderización muestra una instantánea de una simulación cosmológica de una mancha Lyman-alfa similar a LAB-1. Esta simulación rastrea la evolución del gas y de la materia oscura usando uno de los últimos modelos de formación de galaxias en el superordenador Pleiades de la NASA. Esta imagen muestra la distribución del gas dentro del halo de materia oscura codificada en colores, de manera que el gas frío (principalmente hidrógeno neutro) aparece rojo y el gas caliente se ve en color blanco. Incrustadas en el centro de este sistema hay dos galaxias con fuerte formación estelar, pero están rodeadas por gas caliente y por muchas galaxias satélite más pequeñas que aquí aparecen como pequeñas manchas rojas de gas. Los fotones lyman-alfa escapan de las galaxias centrales y dispersan el gas frío asociado a estos satélites para dar lugar a una mancha extendida de Lyman-alfa.
Crédito:
J.Geach/D.Narayanan/R.Crain
Infografía que explica cómo funciona una mancha Lyman-alfa
Este diagrama explica cómo brilla una mancha Lyman-alfa, uno de los objetos más grandes y más brillantes en el universo.
Crédito:
ESO/J. Geach
Una gigantesca mancha espacial resplandece desde el interior
Esta imagen muestra uno de los objetos más grandes conocidos en el
universo, la mancha Lyman-alfa LAB-1. Esta imagen es una composición de
dos imágenes diferentes tomadas con el instrumento FORS, instalado en el
VLT (Very Large Telescope): se trata de una imagen más amplia que
muestra las galaxias circundantes y otra observación mucho más profunda
de la propia mancha del centro, hecha para detectar su polarización. La
intensa radiación ultravioleta Lyman-alfa de la mancha aparece verde
tras haber sido estirada por la expansión del universo durante su largo
viaje hacia la Tierra. Estas nuevas observaciones muestran, por primera
vez, que la luz de este objeto está polarizada. Esto significa que la
gigantesca mancha debe estar siendo alimentada por galaxias incrustadas
dentro de la nube.
Crédito:
Crédito:
ESO/M. Hayes
Una gigantesca mancha espacial resplandece desde el interior
Esta secuencia de imágenes nos acerca a uno de los objetos más grandes conocidos en el universo, la mancha Lyman-alfa LAB-1. Observaciones llevadas a cabo con el VLT (Very Large Telescope) de ESO, muestran por primera vez que esta gigantesca mancha debe estar siendo alimentada por galaxias incrustadas dentro de la nube. La imagen de la izquierda muestra una visión amplia de la constelación de Acuario. Las dos imágenes de la parte superior derecha se crearon a partir de fotografías tomadas a través de filtros azules y rojos y forman parte del sondeoDigitized Sky Survey 2. La imagen final, en la parte inferior derecha, fue tomada con la cámara FORS, instalada en el VLT.
Crédito:
ESO/A. Fujii/M. Hayes and Digitized Sky Survey 2
Visión de campo amplio de los alrededores de una mancha espacial gigante
Esta imagen de amplio campo en luz visible de la región que rodea a la gigantesca mancha Lyman-alfa LAB1 fue creada a partir de fotografías tomadas a través de filtros azules y rojos que forman parte del sondeoDigitized Sky Survey 2. La propia mancha se encuentra en el centro de la imagen pero, a pesar de ser enorme y muy luminosa, está tan lejos que es demasiado débil para verla claramente en esta imagen. El campo de visión es aproximadamente de 2,9 grados.
Crédito:
ESO and Digitized Sky Survey 2
Videos .
Acercándonos a una mancha espacial gigante
Esta secuencia de vídeo comienza con una visión de amplio campo de la tenue constelación de Acuario (el aguador) y lentamente se acerca a uno de los objetos más grandes conocidos del universo, la mancha Lyman-alfa LAB1. Observaciones llevadas a cabo con el VLT de ESO muestran, por primera vez, que la gigantesca mancha debe estar siendo alimentada por galaxias incrustadas dentro de la nube.
Crédito:
Credit: ESO/A. Fujii/Digitized Sky Survey 2/M. Hayes
Music: John Dyson (from the album Moonwind)
Fuente: Observatorio Europeo Austral
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