Astrónomos nipones revelan el origen de la luz del fondo cósmico

31 mayo, 2013

Investigadores de la Universidad de Kioto, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), revelaron que cerca del 80 % de la luz en ondas milimétricas del Universo, que no había sido identificada, proviene de galaxias. Gracias al elevado poder de resolución y gran sensibilidad de ALMA, se pudo localizar con precisión estas galaxias ricas en partículas sólidas (polvo).

Bunyo Hatsukade, quien cursa un posdoctorado, y el profesor Kouji Ohta, ambos del Graduate School of Science de la Universidad de Tokio, encabezaron el equipo que observó con ALMA la zona del cielo cubierta por el Subaru/XMM-Newton Deep Survey Field, en dirección de la constelación Cetus, y logró identificar 15 galaxias extremadamente oscuras y hasta entonces desconocidas.

Asimismo, midieron la densidad numérica de galaxias diez veces menos luminosas que las observadas anteriormente con instrumentos milimétricos convencionales. Sus densidades resultaron ser similares a lo previsto según las teorías de formación de las galaxias. Por consiguiente, los investigadores lograron capturar galaxias “normales”, imposibles de detectar hasta ahora, comparadas con las galaxias “luminosas a niveles submilimétricos” extremadamente brillantes. Con los telescopios ALMA y Subaru, el equipo busca observar galaxias mucho más oscuras para obtener un panorama completo de la formación de galaxias y de su evolución.

Además, el equipo concluyó que cerca del 80 % de las fuentes de luz del fondo cósmico [1] en las bandas de frecuencias milimétricas y submilimétricas proviene de otras galaxias “normales” similares a las que detectó ALMA en este estudio. En observaciones anteriores se había revelado la potencia total de la luz emitida por el Universo en frecuencias milimétricas y submilimétricas. Sin embargo, la resolución espacial era insuficiente para identificar cada una de las fuentes; sólo se había podido identificar un 10-20 % de ellas.

Para obtener una imagen general de las galaxias del Universo se requiere una sensibilidad de observación mucho mayor. En esta investigación se usó apenas una parte del telescopio ALMA (23 a 25 antenas de las 66 definitivas, cuando el observatorio esté completo). A medida que aumente el número de antenas de ALMA, su capacidad de observación irá mejorando. Hatsukade declaró: “Quiero mejorar nuestra comprensión general de la evolución de las galaxias. Con el telescopio ALMA, me gustaría observar galaxias mucho más oscuras y estudiar en detalle las actividades de formación de estrellas en esas galaxias, así como la cantidad de polvo que contienen”. El profesor Ohta agregó: “También pretendemos hacer observaciones minuciosas con luz visible y radiación infrarroja en el telescopio Subaru para estudiar la naturaleza de las galaxias que se oscurecen debido a que el polvo absorbe su luz. Pero para observar galaxias extremadamente oscuras en luz visible e infrarroja, quizá necesitemos el Thirty Meter Telescope, que tendrá una mayor capacidad para captar luz”.

Las investigaciones tradicionales de galaxias distantes se han realizado principalmente con luz visible [2] y luz infrarroja cercana [3]. Sin embargo, muchas galaxias del Universo podrían haber pasado desapercibidas debido a que gran parte de su luz es absorbida por el polvo cósmico [4]. De ahí la importancia de las observaciones de ondas milimétricas y submilimétricas [5]. Puesto que la luz estelar absorbida por el polvo vuelve a ser irradiada por éste en frecuencias milimétricas y submilimétricas, se puede usar estas bandas del espectro para observar incluso las galaxias que no se han podido detectar con telescopios ópticos. Además, las ondas milimétricas y submilimétricas son ideales para observar galaxias distantes. Se sabe que las galaxias que contienen mucho polvo son brillantes en luz infrarroja, pero cuando estas galaxias están distantes, la expansión del Universo cambia la luz infrarroja a las longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Debido a ello, las galaxias distantes no se oscurecen cuando observamos en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.

Gracias a observaciones anteriores en ondas milimétricas y submilimétricas se detectaron galaxias distantes cubiertas por mucho polvo, donde se forman cientos de miles de estrellas por año. Pero para tener un panorama general de las galaxias del Universo, es importante observar las galaxias “comunes”, donde se aprecia una actividad moderada de formación de estrellas. Sin embargo, a causa de la baja sensibilidad de los instrumentos de observación existentes, no se había podido detectar galaxias oscuras.

“Estas observaciones fueron posibles gracias a la gran capacidad del telescopio ALMA”, afirmó Hatsukade. El profesor Ohta agregó que, “este es un paso importante para comprender a cabalidad la evolución de las galaxias.”

Notas

[1] Algunos tipos de luz tenue parecen ser emitidos no por objetos determinados sino por todo el Universo. Esto es lo que se conoce como “radiación del fondo cósmico”. La más conocida es la radiación del fondo cósmico de microondas a 3 K, supuestamente producida por la Gran Explosión (Big Bang). Para captarlo se requiere de un telescopio con gran sensibilidad y resolución.

[2] La luz visible forma parte de una onda electromagnética que podemos ver con nuestros ojos. La longitud de onda de la luz visible es de 0,4 a 0,7 micrómetros.

[3] La luz infrarroja cercana es parte de una onda electromagnética de 0,7 a 3 micrómetros de longitud.

[4] El polvo cósmico está formado por pequeñas partículas sólidas de silicio, carbono, hierro y otros elementos de menos de 1 micrómetro, siendo más parecido a lo que nosotros conocemos como hollín.

[5] Las ondas milimétricas forman una onda electromagnética de 1 milímetro a 1 centímetro de longitud. Las ondas submilimétricas, en cambio, son más cortas: tienen entre 0,1 milímetros y 1 milímetro. Las frías nubes de polvo y gas cósmicos emiten ondas milimétricas y submilimétricas.

Información adicional

Los miembros del equipo de investigación son:

• Bunyo Hatsukade: investigador de posdoctorado de la Universidad de Kioto y la Sociedad Japonesa de Fomento de la Ciencia
• Kouji Ota: profesor de la Universidad de Kioto
• Akifumi Seko: estudiante de posgrado de la Universidad de Kioto
• Kiyoto Yabe: investigador de posdoctorado del Observatorio Astronómico Nacional de Japón
• Masayuki Akiyama: profesor asociado de la Universidad de Tohoku

Los resultados de esta investigación se publicarán en el artículo “Faint end of 1.3 mm number counts revealed by ALMA” en la edición del 1 de junio de 2013 de Astrophysical Journal Letters.

La instalación astronómica internacional Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) es una asociación entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado en Europa por la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO), en Norteamérica por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF, en su sigla en inglés) en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC) y en Asia del Este por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas a nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO), que es operado por Associated Universities, Inc. (AUI), y en nombre de Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, como también la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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