ALMA localiza galaxias tempranas en tiempo récord

17 abril, 2013

Un equipo de astrónomos utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pudo detectar la ubicación de más de 100 de las galaxias con mayor formación estelar en el universo temprano. ALMA es tan potente que logró observar estas galaxias en solo unas horas, siendo que a los telescopios de su tipo en el mundo les había tomado más de una década.

El estallido de nacimientos estelares más fértil del universo temprano tuvo lugar en galaxias distantes que contenían gran cantidad de polvo cósmico. Estas galaxias tienen una importancia clave para nuestro conocimiento de la formación y evolución de las galaxias a lo largo de la historia del Universo, pero el polvo las oscurece y hace difícil su identificación con telescopios de luz visible. Para lograrlo, los astrónomos deben utilizar telescopios que observen la luz en longitudes de onda más largas, en torno a un milímetro, como lo hace ALMA.

“Los astrónomos han esperado este tipo de datos durante una década. ALMA es tan potente que ha revolucionado la forma en que observamos esas galaxias, incluso antes de que el telescopio haya terminado de construirse, como fue el caso de estas observaciones”, afirma Jacqueline Hodge (Instituto Max-Planck de Astronomía, Alemania), autora principal del artículo que presenta los resultados con ALMA.

El mejor mapa que se había hecho hasta el momento de esas polvorientas galaxias distantes se llevó a cabo utilizando el telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment) operado por ESO. APEX sondeó una parte del cielo del tamaño de la Luna llena [1], y detectó 126 galaxias de este tipo. Pero, en sus imágenes, cada estallido de formación estelar aparecía como una mancha más o menos difusa, tan amplia que cubría más de una galaxia (lo cual podía comprobarse estudiando imágenes más precisas tomadas en otras longitudes de onda). Al no saber exactamente cuál de esas galaxias estaba formando estrellas, los astrónomos veían obstaculizados sus estudios sobre formación estelar en el universo temprano.

Localizar las galaxias correctas requiere de observaciones más precisas, y para ello se requiere a su vez de telescopios más grandes. Mientras APEX cuenta con una única antena de 12 metros de diámetro, telescopios como ALMA usan numerosas antenas similares a la de APEX distribuidas en una amplia superficie. Las señales de las antenas se combinan entre sí y se obtiene la información como si proviniera de un único telescopio gigante, tan amplio como todo el conjunto de antenas.

El equipo utilizó la primera fase de observaciones científicas de ALMA –cuando el observatorio estaba aún en fase de construcción- para indagar las galaxias del mapa obtenido antes por APEX. Aunque ALMA contaba entonces con una cuarta parte de sus 66 antenas, distribuidas en distancias que no superaban los 125 metros, demoró tan solo dos minutos para localizar a cada una de las galaxias en una diminuta región 200 veces más pequeña que la amplia mancha de APEX, y con una sensibilidad tres veces mayor. Si lo comparamos con otros telescopios de su tipo, ALMA es tan sensible que, en unas pocas horas, logró duplicar el total de observaciones realizadas por este tipo de telescopios.

El equipo no solo pudo identificar inequívocamente qué galaxias tenían regiones activas de formación estelar, sino que, en más de la mitad de los casos, descubrieron que numerosas galaxias con formación estelar habían sido confundidas con una sola en observaciones previas. La precisa visión de ALMA les permitió distinguir y separar estas galaxias.

“Antes pensábamos que las más brillantes de estas galaxias formaban estrellas con una intensidad miles de veces mayor que la de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, corriendo el riesgo de autodestruirse. Las imágenes de ALMA revelan múltiples galaxias, más pequeñas, formando estrellas a ritmos más razonables”, afirma Alexander Karim (Universidad de Durham, Reino Unido), miembro del equipo y autor principal de un artículo paralelo a este trabajo.

Los resultados conforman el primer catálogo estadístico fiable de las polvorientas galaxias de formación estelar en el universo temprano, y proporcionan una base fundamental para futuras investigaciones de las propiedades de estas galaxias en diferentes longitudes de onda, sin riesgo de malas interpretaciones debido a que varias galaxias puedan aparecer como una sola.

Pese a la precisa visión de ALMA y a su sensibilidad sin precedentes, los telescopios como APEX aún tienen una importante misión. “APEX puede cubrir un área muy amplia del cielo más rápido que ALMA, por lo que resulta ideal para descubrir estas galaxias. Una vez que sabemos dónde mirar, podemos usar ALMA para ubicarlas con exactitud”, concluye Ian Smail (Universidad de Durham, Reino Unido), coautor del nuevo artículo.

Notas
[1] Las observaciones se llevaron a cabo en una región del cielo situada en la constelación austral de Fornax (El Horno) llamada el Campo Profundo Sur de Chandra. Ha sido estudiado en profundidad por numerosos telescopios tanto en tierra como en el espacio. Con ALMA se amplían en profundidad y resolución las observaciones de esta región en la parte milimétrica/submilimétrica del espectro de la luz, complementándose con las observaciones anteriores.

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 del Este 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 Observatorio Radio Astronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI); y en Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a marcha y operación de ALMA.

APEX (Atacama Pathfinder Experiment) es una colaboración entre el Instituto Max-Planck de Radio Astronomía (MPIfR) con un 50%, el Observatorio Espacial de Onsala (OSO) con un 23%, y ESO, que colabora con un 27% del total del proyecto.

Esta investigación se presenta en el artículo “An ALMA Survey of Submillimeter Galaxies in the Extended Chandra Deep Field South: Source Catalog and Multiplicity”, por J. Hodge et al., que aparecerá en la revista Astrophysical Journal.

El otro artículo que acompaña a este trabajo, “An ALMA survey of submillimetre galaxies in the Extended Chandra Deep Field South: High resolution 870 μm source counts”, que aborda la multiplicidad de las fuentes, es obra de A. Karim et al., y aparecerá en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, de la casa editorial Oxford University Press.

El equipo está compuesto por J. A. Hodge (Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]), A. Karim (Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Reino Unido), I. Smail (Durham), A. M. Swinbank (Durham), F. Walter (MPIA), A. D. Biggs (ESO), R. J. Ivison (UKATC e Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Reino Unido), A. Weiss (Instituto Max-Planck de Radio Astronomía, Bonn, Alemania), D. M. Alexander (Durham), F. Bertoldi (Instituto de Astronomía Argelander, Universidad de Bonn, Alemania), W. N. Brandt (Instituto para el estudio de la Gravitación y el Cosmos & Departamento de Astronomía & Astrofísica, Universidad del Estado de Pensilvania, Universidad Park, Estados Unidos), S. C. Chapman (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido; Departamento de Física y Ciencias de la Atmósfera, Universidad Dalhousie, Halifax, Reino Unido), K. E. K. Coppin (Universidad McGill, Montreal, Canadá), P. Cox (IRAM, Saint–Martin d’Héres, Francia), A. L. R. Danielson (Durham), H. Dannerbauer (Universidad de Viena, Austria), C. De Breuck (ESO), R. Decarli (MPIA), A. C. Edge (Durham), T. R. Greve (University College London, Reino Unido), K. K. Knudsen (Departamento de Ciencias de la Tierra y el Espacio, Universidad Chalmers de Tecnología, Observatorio Espacial de Onsala, Onsala, Suecia), K. M. Menten (Instituto Max-Planck de Radio Astronomía, Bonn, Alemania), H.–W. Rix (MPIA), E. Schinnerer (MPIA), J. M. Simpson (Durham), J. L. Wardlow (Departamento de Física & Astronomía, Universidad de California, Irvine, Estados Unidos) y P. van der Werf (Observatorio de Leiden, Países Bajos).

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