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11/7/12 - DJ:

Detectan galaxias "oscuras" en el universo temprano

T.E.L: 5 min. 49 seg.

Utilizando el telescopio Very Large Telescope de ESO, un equipo internacional de astrónomos ha detectado galaxias "oscuras", objetos ricos en gas con muy pocas estrellas, observando su brillo al ser iluminados por la luz de un cuásar.



Las galaxias "oscuras" son pequeñas galaxias del universo temprano ricas en gas, muy ineficientes a la hora de formar estrellas. (Véase el recuadro sobre el término "oscuras").
Su existencia se predijo en las teorías que tratan la formación de galaxias y se cree que son los ladrillos básicos de las actuales galaxias brillantes y cargadas de estrellas. Los astrónomos creen que estos objetos alimentaron a galaxias de mayor tamaño con gran parte del gas que más tarde formó las estrellas que existen actualmente.

Como están casi privadas de estrellas, estas galaxias oscuras no emiten mucha luz, lo que las hace muy difíciles de detectar. Durante años, los astrónomos han intentado desarrollar nuevas técnicas con el fin de confirmar la existencia de estas galaxias. Pequeñas variaciones en el espectro de fuentes de luz situadas detrás, han delatado su existencia. Aún así, este nuevo estudio es el primero que consigue ver estos objetos de manera directa.

“La solución al problema de detectar una galaxia oscura era, simplemente, arrojar un poco de luz sobre ella.” explica Simon Lilly (ETH Zurich, Suiza), coautor del artículo. “Buscábamos el brillo fluorescente del gas en las galaxias oscuras al ser iluminadas por la luz ultravioleta de un cuásar cercano y muy brillante. La luz del cuásar hace que la galaxia oscura se encienda en un proceso similar al que se da cuando la ropa blanca se ilumina con luz ultravioleta en una discoteca.”

La fluorescencia es la emisión de luz por parte de una sustancia que, a su vez, es iluminada por una fuente de luz. En la mayor parte de los casos, la luz emitida tiene una longitud de onda mayor que la fuente de luz. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes transforman la radiación ultravioleta — invisible para nosotros — en luz visible.

El equipo utilizó la gran superficie colectora y la precisión del Very Large Telescope (VLT), junto con una serie de exposiciones muy largas, para detectar el débil brillo fluorescente de las galaxias oscuras. Utilizaron el instrumento FORS2 para sondear una región del cielo alrededor del brillante cuásar HE 0109-3518, buscando la luz ultravioleta que emite el hidrógeno cuando está sujeto a fuertes radiaciones. Debido a la expansión del universo, cuando la luz llega al VLT, lo hace corrida al rojo, de color violeta.

Esta emisión del hidrógeno es conocida como emisión Lyman-alfa, y se produce cuando los electrones de los átomos de hidrógeno saltan del segundo subnivel al nivel más bajo de energía. Es un tipo de luz ultravioleta. Debido a la expansión del universo, la longitud de onda de la luz que proviene de estos objetos va desplazándose en su camino hacia nosotros. Cuanta mayor sea la distancia, más se desplazará la longitud de onda. Dado que el rojo es la longitud de onda más larga visible a nuestros ojos, este proceso es literalmente un desplazamiento de la longitud de onda hacia el extremo rojo del espectro — de ahí el nombre ‘desplazamiento al rojo’ (‘redshift’ en inglés). El cuásar HE 0109-3518 tiene un desplazamiento al rojo o redshift de z = 2.4, y la luz ultravioleta de las galaxias oscuras se mueve dentro del espectro visible. Se diseñó un filtro de banda estrecha específico para aislar una longitud de onda concreta de la luz a la cual se desplazaba la emisión fluorescente. El filtro se centró en los 414,5 nanometros con el fin de capturar la emisión Lyman-alfa desplazada a z=2.4 (esto corresponde a una sombra del violeta) y tiene un paso de banda de solo 4 nanometros.



Imagen 2: Esta imagen profunda muestra la región del cielo que rodea al cuásar HE0109-3518. El cuásar está marcado con un círculo rojo, cerca del centro de la imagen. La radiación energética del cuásar hace que las galaxias oscuras brillen, ayudando a los astrónomos a comprender las oscuras fases iniciales de la formación de galaxias. El débil brillo de doce galaxias oscuras está marcado con círculos azules. Las galaxias oscuras no tienen estrellas, por lo que no emiten luz que pueda ser captada por los telescopios. Esto hace que sea virtualmente imposible observarlas a no ser que sean iluminadas por una fuente de luz externa, como un cuásar situado detrás. Esta imagen combina observaciones del Very Large Telescope (preparado para detectar las emisiones fluorescentes producidas por el cuásar que ilumina las galaxias oscuras) con información de color procedente del sondeo Digitized Sky Survey 2.

“Tras varios años intentando detectar la emisión fluorescente de las galaxias oscuras, los resultados demuestran el potencial de nuestro método para descubrir y estudiar estos fascinantes objetos, antes ocultos a nuestros ojos,” afirmas Sebastiano Cantalupo (Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU.), autor principal de este estudio.

El equipo detectó casi 100 objetos gaseosos que se encuentran a unos pocos millones de años luz del cuásar. Tras un cuidadoso análisis (diseñado para excluir objetos en los cuales la emisión podría ser potenciada por formación de estrellas en el interior de la galaxia, más que por la luz del cuásar), finalmente acotaron la muestra a 12 objetos. Es la identificación de galaxias oscuras en el universo temprano más convincente de las llevadas a cabo hasta el momento.

Los astrónomos también fueron capaces de determinar algunas de las propiedades de las galaxias oscuras. Estimaron que la masa del gas que contienen es de alrededor de mil millones de veces la masa del Sol, algo típico de las galaxias de baja masa ricas en gas del universo temprano. También pudieron calcular que la eficiencia en formación estelar se reduce en un factor de más de 100 en relación a las típica galaxias con formación estelar encontradas en un estadio similar de la historia cósmica.

“Nuestras observaciones con el VLT nos han proporcionado una evidencia de la existencia de nubes oscuras compactas y aisladas. Con este estudio, hemos dado un paso crucial para revelar y comprender tanto las oscuras fases iniciales de la formación estelar, como el proceso por el cual adquieren su gas”, concluye Sebastiano Cantalupo.

El espectrógrafo de campo integral MUSE, que iniciará su fase de puesta a punto en el VLT en 2013, será una herramienta extremadamente poderosa para el estudio de estos objetos.

Esta investigación fue presentada en el artículo titulado "Detección de galaxias oscuras y filamentos circumgalácticos iluminados por fluorescencia por un cuásar con desplazamiento al rojo z=2,4 (Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4)", por Cantalupo et al., que aparecerá en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. arXiv:1204.5753v2 [astro-ph.CO]

El equipo está compuesto por Sebastiano Cantalupo (Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU.), Simon J. Lilly (ETH Zurich, Suiza) y Martin G. Haehnelt (Instituto Kavli de Cosmología, Cambridge, Reino Unido).


Galaxias oscuras vs protogalaxias
El astrofísico Robert Minchin, en el Observatorio Arecibo, seguramente se atragantará hoy al leer esta noticia. Es que fue uno de los primeros, en 2005, en señalar una "galaxia oscura": VIRGOHI21. Ya desde entonces colaboró en esa investigación un astrónomo español: Diego García-Appadoo, de Palma de Mallorca, que desde 2007 trabaja en ESO, específicamente en ALMA. Obtuvo su doctorado en Cardiff y realizó un postdoc en Bonn.
Sin embargo, no se trata de una contradicción entre aquellas investigaciones (que indicaban la detección de la primera "galaxia oscura") y estas otras dadas a conocer hoy. Es que el término "oscuras" se usa con distintos significados.

En el trabajo indicado en la nota de hoy se trata de galaxias con pocas estrellas, de allí que "oscuras" implique "objetos poco luminosos". Mientras que en los trabajos de Minchin y otros, el término refiere a la "materia oscura". VIRGOHI21 sería un halo de materia oscura en el Cúmulo de Virgo. Empero, en ambos casos, se tratan de objetos con pocas estrellas. La masa de ambos tipos de objetos, por contrario, es bien distinta. Mientras en este nuevo comunicado se indica que la masa de estas galaxias es de mil millones de masa solares (109), en el caso de VIRGOHI21 sería de diez mil millones (1010) de veces la masa del Sol, aunque sólo una pequeña parte sería gas (el resto se infiere por velocidad).
Según el diccionario de astronomía Oxford-Complutense de Ian Ridpath, primera edición 1999, el término "Galaxia" significa: Sistema de estrellas, a menudo con gas y polvo interestelar, unidas por la gravedad.
Quizás, en el caso de esta noticia, el término más adecuado sería "protogalaxias" en la transición entre el Medio Interestelar y el Medio Intergaláctico.


Fuentes y links relacionados


Sobre las imágenes

  • Imágenes 1 y 2. Crédito: ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo (UCSC)
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