Nota de prensa

La imagen más detallada jamás vista del universo distante

Las observaciones de un anillo de Einstein llevadas a cabo por ALMA revelan detalles extraordinarios

8 de Junio de 2015

La campaña de base larga de ALMA ha producido una imagen de una galaxia lejana vista a través de una lente gravitatoria que alcanza un nivel de detalle impresionante. La imagen muestra una vista ampliada de las regiones de formación estelar de la galaxia, de un tipo que nunca se había visto antes a este nivel de detalle en una galaxia tan remota. Las nuevas observaciones son mucho más detalladas que las realizadas con el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y revelan cúmulos de formación estelar en la galaxia equivalentes a versiones gigantes de la nebulosa de Orión.

La campaña de base larga de ALMA ha producido algunas observaciones sorprendentes, proporcionando información detallada sin precedentes sobre los habitantes del universo cercano y lejano. La campaña de observaciones, realizada a finales de 2014, tenía como objetivo una galaxia lejana conocida como SDP.81. La luz procedente de esta galaxia es víctima de un efecto cósmico conocido como lentes gravitacionales. Una gran galaxia que se encuentra entre SDP.81 y ALMA [1] actúa como una lupa, deformando la luz de la galaxia más distante y creando un ejemplo casi perfecto de un fenómeno conocido como un anillo de Einstein [2].

Al menos seis grupos de científicos [3] han analizado independientemente los datos del ALMA sobre SDP.81. Este frenesí de artículos de investigación ha dado a conocer gran cantidad de información sobre la galaxia, revelando detalles sobre su estructura, contenido, movimiento y otras características físicas.

ALMA actúa como un interferómetro. En otras palabras, el conjunto de antenas trabaja perfectamente sincronizado, recogiendo la luz como si de un único y enorme telescopio virtual se tratara [4]. Como resultado, estas nuevas imágenes del SDP.81 tienen una resolución hasta 6 veces mayor [5] que las tomadas en el infrarrojo con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA.

Los sofisticados modelos elaborados por los astrónomos revelan estructuras del interior de SDP.81 que nunca antes habían sido observadas. Con forma de nubes polvorientas, se cree que se trata de repositorios gigantes de gas molecular frío — los lugares en los que nacen estrellas y planetas. Estos modelos fueron capaces de corregir la distorsión producida por la ampliación de la lupa gravitacional.

Como resultado, las observaciones de ALMA son tan precisas que los investigadores pueden ver cúmulos de formación de estrellas dentro de la galaxia de hasta un tamaño de 100 años-luz, lo que equivaldría a observar, en el universo distante, versiones gigantes de la nebulosa de Orión produciendo miles de estrellas nuevas. Esta es la primera vez que este fenómeno se ha visto a una distancia tan enorme.

"La imagen de la galaxia, reconstruida a partir de datos de ALMA, es espectacular," afirma Rob Ivison, coautor de dos de los artículos y Director de Ciencia de ESO. "La enorme superficie colectora de ALMA, la gran separación de sus antenas y la atmósfera estable sobre el desierto de Atacama nos permiten obtener imágenes y espectros con un nivel de detalle exquisito. Eso significa que obtenemos observaciones muy sensibles, así como información acerca de cómo avanzan las diferentes partes de la galaxia. Podemos ver cómo galaxias que se encuentran al otro extremo del universo se fusionan  y crean un gran número de estrellas. ¡Este es el tipo de cosas que me apasionan de mi trabajo!".

Usando la información espectral recopilada por ALMA, los astrónomos también han podido medir cómo gira la galaxia lejana y han estimado su masa. Los datos mostraron que el gas de esta galaxia es inestable: cúmulos de gas colapsan en el interior y, probablemente, se acabarán transformando en nuevas regiones gigantescas de formación estelar.

En particular, el modelado del efecto de lente también ha indicado la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia de primer plano que hace de lupa [6]. La parte central de SDP.81 es demasiado débil para ser detectada, lo cual lleva a la conclusión de que la galaxia en primer plano tiene un agujero negro supermasivo con más de 200–300 millones de veces la masa del Sol.

El número de artículos publicados usando tan sólo este conjunto de datos de ALMA demuestra el entusiasmo generado por el potencial de este conjunto de antenas de alta resolución y su gran capacidad colectora de luz. También muestra cómo ALMA permitirá a los astrónomos hacer más descubrimientos en los años venideros, respondiendo aún más preguntas sobre la naturaleza de las galaxias distantes.

Notas

[1] La galaxia que miramos a través de la lente gravitatoria se ve en un momento en el que el universo tenía tan sólo un 15% de su edad actual, unos 2.400 millones de años después del Big Bang. La luz ha tardado el doble de la edad de la Tierra en llegar hasta nosotros (11.400 millones de años), desviándose a través de una galaxia masiva que está en primer plano y que, comparativamente, está cerca de nosotros, a 4.000 millones de años luz.

[2] Las lentes gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein como parte de su teoría de la relatividad general. Su teoría nos dice que los objetos doblan el espacio y el tiempo. Cualquier luz que se acerque a este espacio-tiempo curvado seguirá las curvaturas creadas por el objeto. Esto permite que objetos especialmente masivos — enormes galaxias y cúmulos de galaxias — actúen como lupas cósmicas amplificadoras. Un anillo de Einstein es un tipo especial de lente gravitacional en el cual la Tierra, la galaxia que hace de lupa y la galaxia del fondo están perfectamente alineadas, creando una distorsión armónica en forma de anillo de luz. Este fenómeno se ilustra en el Vídeo A.

[3] Los equipos científicos se enumeran más abajo.

[4] La capacidad de ALMA para ver los detalles más finos se consigue cuando las antenas están en su configuración de mayor separación, de hasta 15 kilómetros de distancia. Para comparar, aquí pueden ver observaciones anteriores de lentes gravitacionales hechas con ALMA en una configuración más compacta, con una separación de sólo unos 500 metros.

[5] En estos datos pueden medirse detalles de hasta 0,023 segundos de arco, o 23 milisegundos de arco. El telescopio Hubble observó esta galaxia en el infrarrojo cercano con una resolución de unos 0,16 segundos de arco. Sin embargo, hay que señalar que cuando se observa en longitudes de onda más cortas, el telescopio Hubble puede alcanzar resoluciones más finas, de hasta 0,022 segundos de arco en el ultravioleta cercano. La resolución de ALMA puede ajustarse dependiendo del tipo de observaciones separando o acercando las antenas. Para estas observaciones, se utilizó la separación más amplia, dando como resultado la mejor resolución posible.

[6] La imagen de alta resolución de ALMA permite a los investigadores buscar la parte central de la galaxia de fondo, que se espera que aparezca en el centro del anillo de Einstein. Si la galaxia del primer plano (la que se interpone entre nosotros y la galaxia del fondo y que hace de lupa) tiene un agujero negro supermasivo en el centro, la imagen central se vuelve más débil. Esta levedad en la imagen indica cuán masivo es el agujero negro de la galaxia del primer plano.

Información adicional

Este trabajo de investigación se presenta en siete artículos científicos que irán apareciendo en el futuro. A continuación se detallan los equipos científicos.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (Universidad de Tokio, Japón); Masamune Oguri (Universidad de Tokio, Japón); Daisuke Iono (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI); Bunyo Hatsukade (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); Yuichi Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI) y Masao Hayashi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile),

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwán); Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwán); Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwán).

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Tokio, Japón); Yoichi Tamura (Instituto de Astronomía, Universidad de Tokio, Tokio, Japón); Daisuke Iono (Observatorio Astronómico Nacional de Japón; Universidad Superior de Estudios Avanzados [SOKENDAI], Tokio, Japón); Yuichi Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); Masao Hayashi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); Masamune Oguri (Centro de Investigación del Universo Temprano, Universidad de Tokio, Tokio, Japón; Departamento de Física, Universidad de Tokio, Tokio, Japón; Instituto Kavli para el estudio de la Física y las Matemáticas del Universo [Kavli IPMU, WPI], Universidad de Tokio, Chiba, Japón).

http://arxiv.org/abs/1503.02652
La colaboración ALMA, C. Vlahakis (Observatorio Conjunto ALMA [JAO]; ESO); T. R. Hunter (Observatorio Nacional de Radioastronomía [NRAO], EE.UU.); J. A. Hodge (NRAO); L. M. Pérez (NRAO); P. Andreani (ESO); C. L. Brogan (NRAO); P. Cox (JAO, ESO); S. Martin (Instituto de Radioastronomía Milimétrica [IRAM]); M. Zwaan (ESO); S. Matsushita (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Taiwán); W. R. F. Dent (JAO, ESO); C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO); E. B. Fomalont (JAO, NRAO); Y. Asaki (Observatorio Astronómico Nacional de Japón; Instituto de Ciencias Astronáuticas y del Espacio (ISAS), Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial [JAXA]); D. Barkats (JAO, ESO); R. E. Hills (Grupo de Astrofísica, Laboratorio Cavendish); A. Hirota (JAO; Observatorio Astronómico Nacional de Japón); R. Kneissl (JAO, ESO); E. Liuzzo (INAF, Instituto de Radioastronomia); R. Lucas (Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble, Francia); N. Marcelino (INAF); K. Nakanishi (JAO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); N. Phillips (JAO, ESO); A. M. S. Richards (Universidad de Manchester); I. Toledo (JAO); R. Aladro (ESO); D. Broguiere (IRAM); J. R. Cortes (JAO, NRAO); P. C. Cortes (JAO, NRAO); D. Espada (ESO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); F. Galarza (JAO); D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO); L. Guzman-Ramirez (ESO); A. S. Hales (JAO, NRAO) ; E. M. Humphreys (ESO); T. Jung (Instituto de Astronomía y ciencias Espaciales de Corea); S. Kameno (JAO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); R. A. Laing (ESO); S. Leon (JAO,ESO); G. Marconi (JAO, ESO); A. Mignano (INAF); B. Nikolic (Grupo de Astrofísica, Laboratorio Cavendish); L. A. Nyman (JAO, ESO); M. Radiszcz (JAO); A. Remijan (JAO, NRAO); J. A. Rodón (ESO); T. Sawada (JAO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); S. Takahashi (JAO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); R. P. J. Tilanus (Universidad de Leiden, Países Bajos); B. Vila Vilaro (JAO, ESO); L. C. Watson (ESO); T. Wiklind (JAO, ESO); Y. Ao (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); J. Di Francesco (Consejo Nacional de Investigación  Herzberg de Astronomía & Astrofísica); B. Hatsukade (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); E. Hatziminaoglou (ESO); J. Mangum (NRAO); Y. Matsuda (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); E. Van Kampen (ESO); A. Wootten (NRAO); I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO); G. Dumas (IRAM); H. Francke (JAO); J. Gallardo (JAO); J. García (JAO); S. González (JAO); T. Hill (ESO); D. Iono (Observatorio Astronómico Nacional de Japón); T. Kaminski (ESO); A. Karim (Instituto de Astronomía Argelander, Alemania); M. Krips (IRAM); Y. Kurono (JAO, Observatorio Astronómico Nacional de Japón); C. Lonsdale (NRAO); C. Lopez (JAO); F. Morales (JAO); K. Plarre (JAO); L. Videla (JAO); E. Villard (JAO, ESO); J. E. Hibbard (NRAO) y K. Tatematsu (Observatorio Astronómico Nacional de Japón).

http://arxiv.org/abs/1503.02025

M. Rybak (Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania); J. P. McKean (Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos; Universidad de Groningen); S. Vegetti (Instituto Max Planck de Astrofísica); P. Andreani (ESO) y S. D. M. White (Instituto Max Planck de Astrofísica).

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.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el E-ELT (European Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Enlaces

• Artículos científicos:
  • http://arxiv.org/abs/1503.07605
  • http://arxiv.org/abs/1503.08720
  • http://arxiv.org/abs/1505.05148
  • http://arxiv.org/abs/1503.05558
  • http://arxiv.org/abs/1503.07997
  • http://arxiv.org/abs/1503.02652
  • http://arxiv.org/abs/1503.02025

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1522.