Descubren origen de la misteriosa luz infrarroja presente en el espacio

10 marzo, 2016

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, los científicos llegaron a la conclusión de que éstos son responsables del 100 % de la luz infrarroja de fondo. 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.

En medio de la oscuridad existente en el Universo, entre las estrellas y las galaxias, los astrónomos han descubierto una luz débil y uniforme, conocida como “radiación cósmica de fondo”, proveniente de todas partes. Esta radiación de fondo se divide en tres segmentos: el fondo cósmico óptico (COB, en su sigla en inglés), el fondo cósmico de microondas (CMB, en su sigla en inglés) y el fondo cósmico infrarrojo (CIB, en su sigla en inglés).

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, pues, 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.

160310-ALMA_Fujimoto-1

Imagen 1. Izquierda: representación artística del fondo cósmico infrarrojo resuelto con ALMA. Derecha: en este diagrama se aprecia que la suma de las emisiones de los tenues objetos detectados con ALMA coincide con el fondo infrarrojo medido en observaciones satelitales. Créditos: NAOJ

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 [1] pues, al amplificar sus emisiones por fuerza de una intensa gravedad, vuelven visibles incluso a los objetos más tenues.

160310-fujimoto_fig2-500x231

Figura 2. Ejemplos de objetos tenues observados con ALMA (contorno rojo) y el telescopio Subaru (colores). ALMA detecta emisiones provenientes del polvo de galaxias observadas en longitudes ópticas e infrarrojas. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ, Fujimoto et al.

“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 [2].

¿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”.

160310-fujimoto_fig3E

Figura 3. Desglose de objetos tenues detectados con ALMA. Un 60 % corresponde a galaxias detectables en longitudes ópticas e infrarrojas, mientras que el 40 % restante es invisible en otras longitudes de onda. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ, Fujimoto et al.

Información adicional

Los resultados de estas observaciones se publicaron en The Astrophysical Journal Supplement el 28 de diciembre de 2015 en un artículo de Fujimoto et al. titulado “ALMA Census of Faint 1.2 mm Sources Down to ~ 0.02 mJy: Extragalactic Background Light and Dust-poor, High-z Galaxies” (‘Estudio con ALMA de tenues fuentes de 1,2 mm a ~ 0,02 mJy: luz de fondo extragaláctica y galaxias de alto z y escaso polvo’).

Esta investigación contó con el respaldo de World Premier International Research Center Initiative (WPI Initiative), MEXT, Japón y el fondo de investigación científica KAKENHI, a través de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia (JSPS).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Notas

[1] Ver explicación y video sobre fenómeno de lente gravitacional

[2] 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.

Contactos

Valeria Foncea

Directora de Comunicaciones y Educación
Observatorio ALMA
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2467 6258
Cel: +56 9 7587 1963
Correo electrónico: vfoncea@alma.cl

Masaaki Hiramatsu
Encargado de Educación y Extensión, NAOJ Chile
Observatorio de Tokio, Japón
Tel: +81 422 34 3630
Correo electrónico: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Richard Hook
Encargado de Prensa, ESO
Garching, Alemania
Tel: +49 89 3200 6655
Cel: +49 151 1537 3591
Correo electrónico: rhook@eso.org

Charles E. Blue
Encargado de Comunicaciones
Observatorio Nacional de Radioastronomía
Charlottesville VA, EE.UU.
Tel: +1 434 244 6896
Cel: +1 202 236 6324
Correo electrónico: cblue@nrao.edu