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Fusión de galaxias en el universo temprano






Un equipo internacional de astrónomos ha obtenido la mejor imagen de una colisión que tuvo lugar entre dos galaxias cuando el Universo tenía aproximadamente 6.000 millones de años, casi la mitad de su edad actual.

Para lograrlo, los astrónomos se valieron de varios telescopios terrestres y espaciales, entre los que se encontraba el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) que, según el líder de este proyecto, Hugo Messias, "es un instrumento muy poderoso, pues permite resoluciones espaciales y espectrales únicas". Así, los científicos pudieron unir las capacidades de la tecnología terrestre con las que crea la naturaleza del Universo, ya que a través de una galaxia que se pudo utilizar como una "lente cósmica", ALMA reveló detalles invisibles para los telescopios.

La imagen de esta fusión de galaxias, llamada H-ATLAS J142935.3-002836 (H1429-0028, para abreviar), ha permitido demostrar que este objeto, complejo y distante, es similar a una conocida colisión más cercana, la de las Galaxias Antena, según un estudio publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. Sin embargo, aunque estos dos sistemas se parecen en su estructura, mientras las Galaxias Antena forman decenas de estrellas de la masa de nuestro Sol, H1429-0028 convierte una masa de gas de aproximadamente un tamaño 400 veces mayor que nuestro Sol en nuevas estrellas.

"Los astrónomos a menudo nos encontramos limitados por nuestra propia tecnología, así que si hay una lente natural creada por el Universo, debemos aprovecharla", afirma a EL MUNDO el líder de la investigación, Hugo Messias. "Einstein predijo en su Teoría de la Relatividad 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", explica el astrónomo. De hecho, las lentes cósmicas están basadas en este principio. Son creadas por enormes estructuras como galaxias o cúmulos de galaxias que desvían la luz de los objetos que hay detrás de ellas debido a su fuerte gravedad.



Una lupa gigante en el espacio


En esta investigación, una galaxia actuó en base a este principio, como una lente. "Funciona como cuando un dedo traspasa el agua y parece torcerse. Aunque en el espacio no se dobla por el traslado entre dos estados (del aire al líquido del agua), sino que la luz viaja por el vacío y es el campo gravitacional el que la desvía, es el efecto que produce la gravedad de una masa muy grande en el trayecto de la luz", concluye Messias.

De este modo, gracias a al estudio de esta "lente cósmica", se pudo reconstruir el objeto que se escondía detrás, detectado por ALMA como un punto luminoso. Como si fuese una lupa, la galaxia amplió la luz, la intensidad y el espacio visible permitiendo descubrir que ese punto luminoso era, en realidad, una colisión entre dos galaxias, pues 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. De hecho, Hugo Messias aspira a observar "formaciones de hace millares de millones de años y reconstruir la evolución del Universo como si fuese una película".






Sin embargo, el proceso no es tan fácil como parece, pues 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 el astrónomo, que explica que gracias a la tecnología de ALMA o el observatorio Herchel, "es posible encontrar estos casos de forma más eficiente", pues son capaces de detectar longitudes de onda del infrarrojo lejano y el rango milimétrico, algo imposible para otros telescopios.

H1429-0028 fue encontrada en uno de los rastreos de estas instalaciones, pero el sistema se encontraba en el límite de lo detectable, pues se trata de un momento en el que el Universo tenía tan sólo la mitad de su edad actual, por lo que los astrónomos tuvieron que hacer uso de los telescopios más potentes, tanto en la Tierra como en el espacio, entre los que se encuentran el Telescopio Espacial Hubble, ALMA, el Observatorio Keck o el conjunto Karl Jansky Very Large Array (JVLA).

La utilización de tantos telescopios proporciona diferentes puntos de vista del objeto a observar. sí, sus habilidades se combinaron para obtener la mejor imagen de H1429-0028. "Cada telescopio observa un tipo de componente, por eso es muy importante unir todos los resultados para construir la información de la mejor forma posible", explica Hugo Messias. De hecho, según aclara el astrónomo, su equipo ha centrado esta investigación en alejarse de una suposición y dar resultados reales "para poder obtener la estadística más fiable y descubrir de dónde venimos y a dónde vamos, y no sólo una imagen 'bonita' del universo".



ALMA y el 'Efecto Doppler'


Las lente cósmica captada inicialmente por Hubble y Keck oscurecía partes de la luz del fondo debido a las grandes nubes de polvo que contiene. Sin embargo, este oscurecimiento no supone problemas para ALMA Y JVLA, pues estas dos instalaciones observan el cielo en longitudes de onda más largas, que no se ven afectadas por el polvo. Combinando estos datos, el equipo descubrió que H1429-0028 era en realidad una colisión que está teniendo lugar entre dos galaxias. "Queríamos obtener la máxima información química posible", explica Messias, así que desde ese momento, ALMA y JVLA empezaron a jugar un papel clave para caracterizar este objeto.

En particular, ALMA observó el monóxido de carbono, un elemento que permite hacer estudios detallados de los mecanismos de formación de las galaxias. Además, estas moléculas también permiten estudiar el movimiento del espacio gracias al llamado efecto Doppler. "Es igual que cuando ves una carrera de motos, cuando el vehículo llega se escucha un sonido agudo, que se vuelve grave cuando se aleja", aclara el astrónomo. "Sin embargo, en este caso, en lugar de escuchar las ondas del sonido, observamos las ondas de luz", concluye.





Gracias a los estudios del efecto Doppler, se pudo concluir de forma definitiva que H1429-0028 es una colisión galáctica en curso que da lugar a cientos de estrellas cada año, y que una de las galaxias del choque aún muestra signos de rotación, lo que indica que se trataba de una galaxia de disco, igual que la Vía Láctea.

Rob Ivison, Director de Ciencia de ESO y coautor del estudio, afirma que "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".

Hugo Messias afirma que lo siguiente será investigar más a fondo a H1429-0028, pues las observaciones se llevaron a cabo cuando ALMA estaba en su fase inicial. "Ahora que ALMA está casi completado podremos obtener nuevos resultados gracias a la mayor resolución", explica. Además, los científicos creen que hay gas ionizado dentro de la colisión y que un nuevo estudio les ayudará a confirmar la eficiencia en la formación de estrellas. "Si el gas tiene una temperatura demasiado alta nunca formará estrellas, pues al no poder enfriarse, no podrá formar un núcleo y convertirse en una estrella", concluye el astrónomo.
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