๏ Explican por qué muchos sondeos de galaxias lejanas no detectan el 90% de estos objetos.
╚> Desde hace tiempo que los astrónomos sabían que, en muchas de sus búsquedas y sondeos del Universo extremadamente distante, donde intentan detectar la luz emitida hace 10 mil millones de años por las proto galaxias, nubes de gas y cuasares, resultaba que una fracción importante no eran detectados. Ahora, gracias a un nuevo método utilizado en un sondeo extremadamente profundo realizado con dos de los cuatro telescopios gigantes de 8,2 metros que conforman el VLT (Very Large Telescope) de la ESO y un filtro especial hecho a medida, un grupo de astrónomos europeos ha logrado demostrar que una gran fracción de las galaxias existentes en aquella época, había pasado inadvertida. El sondeo también ayudó a identificar algunas de las galaxias más tenues que se hayan encontrado jamás en esta etapa del Universo primordial.
Imagen: → Campo profundo Goods S. Crédito: ESO.
╚> Para estas exploraciones lejanas los astrónomos buscan detectar una “huella digital” espectroscópica brillante y característica emitida por el hidrógeno, conocida como línea Lyman-alfa. Esta luz, que en un laboratorio de la Tierra resultaría invisible, ya que es emitida en la frecuencia del ultravioleta (UV), con una longitud de onda de 121,6 nm (la luz visible tiene longitudes de onda desde los 380 nm para el violeta hasta los 760 nm para el rojo oscuro) se hace visible debido a que la expansión del Universo estira las ondas de luz UV desplazándolas hacia el violeta, 390 nm.
→ Esta vez los astrónomos buscaban conocer la cantidad de estrellas formadas en el Universo muy lejano . Para ello buscaron galaxias cuya luz hubiera estado viajando durante 10 mil millones de años (con un desplazamiento hacia el rojo de 2,2
), en un área bien estudiada del cielo conocida como el campo GOODS–Sur.
╚> Sin embargo, desde hace tiempo se especulaba con que muchas galaxias lejanas no eran identificadas en estos sondeos. Los resultados del nuevo sondeo del VLT demuestra por primera vez que esto es exactamente lo que está pasando. Gran parte de la luz Lyman-alfa queda atrapada dentro de la galaxia que la emite, y el 90% de las galaxias no llegan a ser detectadas en los sondeos Lyman-alfa.
→ “Los astrónomos siempre supieron que les faltaba una fracción de las galaxias en los sondeos Lyman-alfa” ← explica Matthew Hayes, el autor principal de la investigación, publicada la semana pasada en Nature, → “pero ahora por primera vez tenemos una medida concreta. Y la cantidad de galaxias que se estaba perdiendo es enorme”. ←
╚> Para comprender qué fracción de luminosidad no es detectada, Hayes y su equipo usaron la cámara FORS, para luz visible instalada en el VLT-1 con un filtro de banda estrecha hecho a medida
para medir la luz Lyman-alfa, siguiendo la metodología estándar de este tipo de estudios. Luego, usando la nueva cámara HAWK-I, instalada en otra unidad del VLT, exploraron la misma área del cielo en busca de la luz emitida en una longitud de onda diferente, también emitida por el hidrógeno, conocida como la línea H-alfa. Esta luz es emitida en la longitud de onda de 656,3 nm en el rojo.
→ La cámara HAWK-I detectó la línea H-alfa en 2100 nm, en el rango del infrarrojo.
→ “Esta es la primera vez que observamos con tanta profundidad una fracción del cielo en luz proveniente del hidrógeno en estas dos longitudes de ondas muy específicas, y esto demostró ser crucial” ← , dice el miembro del equipo Göran Östlin. El sondeo fue extremadamente profundo y reveló algunas de las galaxias más tenues que se conocen de esta época primordial en la vida del Universo. De este modo, los astrónomos pudieron concluir que los sondeos tradicionales que utilizan la emisión Lyman-alfa sólo ven una pequeña parte del total de la luz que es producida, ya que la mayor parte de los fotones Lyman-alfa son destruidos por la interacción con nubes interestelares de gas y polvo. Este efecto es notoriamente más significativo para la luz Lyman-alfa que para la H-alfa. Como resultado, una cantidad tan significativa como el 90% de las galaxias pasa inadvertida en estos sondeos. → “Si vemos diez galaxias, allí podría haber cientos” ← , dice Hayes.
╚> Diferentes métodos de observación, centrados en la luz emitida a diferentes longitudes de onda, conducirán siempre a una visión del Universo que solo es parcialmente completa. Los resultados de este sondeo constituyen una seria advertencia para los cosmólogos, considerando que a medida que aumenta la distancia, la emisión Lyman-alfa se convierte en uno de los pocos trazadores disponibles para el estudio de las primerísimas galaxias que se formaron en la historia del Universo. “Ahora que sabemos cuánta luz hemos pasado por alto, podemos comenzar a crear modelos del cosmos mucho más precisas, entendiendo mejor la velocidad con que se formaron las estrellas en las diferentes épocas de la vida del Universo”, dice el coautor J. Miguel Mas-Hesse.
╚> Este gran avance ha sido posible gracias a la cámara usada, única en su género. HAWK-I, que vio su primera luz en 2007, es un instrumento de última generación. “Sólo hay unas cuantas cámaras con un campo de visión más amplio que HAWK-I, pero operan en telescopios de menos de la mitad del tamaño del VLT. De modo que realmente solo el VLT y HAWK-I son capaces de encontrar eficientemente galaxias tan tenues a estas distancias”, dice el miembro del equipo Daniel Schaerer.
Notas
๏ La luz Lyman–alfa corresponde a la luz emitida por hidrógeno excitado (más específicamente cuando el electrón alrededor del núcleo salta del primer nivel de excitación al nivel fundamental). Esta luz es emitida en el rango ultravioleta a 121,6 nanómetros. La línea Lyman-alfa es la primera de la llamada serie de Lyman, nombrada en honor a su descubridor, Teodore Lyman.
๏ La serie de Balmer, nombrada en honor a Johann Balmer, también corresponde a luz emitida por hidrógeno excitado. En este caso, el electrón cae al primer nivel de excitación. La primera línea en esta serie es la línea H-alfa, emitida a 656,3 nanómetros.
๏ Como la mayoría de los átomos de hidrógeno presentes en la galaxia están en el nivel fundamental, la luz Lyman-alfa es absorbida más eficientemente que la luz H-alfa, la que requiere átomos con un electrón ubicado en el segundo nivel. Como esto es muy poco común en el hidrógeno que constituye el medio interestelar frío en estas galaxias, el gas es casi perfectamente transparente para la luz H-alfa.
๏ Un filtro de banda estrecha es un filtro óptico diseñado para dejar pasar solo un rango de luz muy estrecho, centrado en una longitud de onda específica. Los filtros de banda estrecha tradicionales incluyen aquellos centrados en las líneas de la serie de Balmer, como H-alfa.
๏ Debido a la expansión del Universo, la luz de un objeto distante es desplazada hacia el lado rojo del espectro en una cantidad que depende de su distancia. Esto significa que la luz es estirada hacia longitudes de onda más largas. Un desplazamiento al rojo de 2,2 –que corresponde a galaxias cuya luz ha tardado aproximadamente 10 mil millones de años en alcanzarnos. De este modo la luz Lyman-alfa se ve ahora aproximadamente a 390 nanómetros, cerca del dominio visible, y puede observarse con el instrumento FORS ubicado en el VLT de ESO, mientras que la línea H-alfa se desplaza hasta los 2.100 nm, en el infrarrojo cercano. Por tanto puede ser observada con el instrumento HAWK-I del VLT.
Imagen: → Campo profundo Goods S. Crédito: ESO.
╚> Para estas exploraciones lejanas los astrónomos buscan detectar una “huella digital” espectroscópica brillante y característica emitida por el hidrógeno, conocida como línea Lyman-alfa. Esta luz, que en un laboratorio de la Tierra resultaría invisible, ya que es emitida en la frecuencia del ultravioleta (UV), con una longitud de onda de 121,6 nm (la luz visible tiene longitudes de onda desde los 380 nm para el violeta hasta los 760 nm para el rojo oscuro) se hace visible debido a que la expansión del Universo estira las ondas de luz UV desplazándolas hacia el violeta, 390 nm.
→ Esta vez los astrónomos buscaban conocer la cantidad de estrellas formadas en el Universo muy lejano . Para ello buscaron galaxias cuya luz hubiera estado viajando durante 10 mil millones de años (con un desplazamiento hacia el rojo de 2,2
), en un área bien estudiada del cielo conocida como el campo GOODS–Sur.
╚> Sin embargo, desde hace tiempo se especulaba con que muchas galaxias lejanas no eran identificadas en estos sondeos. Los resultados del nuevo sondeo del VLT demuestra por primera vez que esto es exactamente lo que está pasando. Gran parte de la luz Lyman-alfa queda atrapada dentro de la galaxia que la emite, y el 90% de las galaxias no llegan a ser detectadas en los sondeos Lyman-alfa.
→ “Los astrónomos siempre supieron que les faltaba una fracción de las galaxias en los sondeos Lyman-alfa” ← explica Matthew Hayes, el autor principal de la investigación, publicada la semana pasada en Nature, → “pero ahora por primera vez tenemos una medida concreta. Y la cantidad de galaxias que se estaba perdiendo es enorme”. ←
╚> Para comprender qué fracción de luminosidad no es detectada, Hayes y su equipo usaron la cámara FORS, para luz visible instalada en el VLT-1 con un filtro de banda estrecha hecho a medida
para medir la luz Lyman-alfa, siguiendo la metodología estándar de este tipo de estudios. Luego, usando la nueva cámara HAWK-I, instalada en otra unidad del VLT, exploraron la misma área del cielo en busca de la luz emitida en una longitud de onda diferente, también emitida por el hidrógeno, conocida como la línea H-alfa. Esta luz es emitida en la longitud de onda de 656,3 nm en el rojo.
→ La cámara HAWK-I detectó la línea H-alfa en 2100 nm, en el rango del infrarrojo.
→ “Esta es la primera vez que observamos con tanta profundidad una fracción del cielo en luz proveniente del hidrógeno en estas dos longitudes de ondas muy específicas, y esto demostró ser crucial” ← , dice el miembro del equipo Göran Östlin. El sondeo fue extremadamente profundo y reveló algunas de las galaxias más tenues que se conocen de esta época primordial en la vida del Universo. De este modo, los astrónomos pudieron concluir que los sondeos tradicionales que utilizan la emisión Lyman-alfa sólo ven una pequeña parte del total de la luz que es producida, ya que la mayor parte de los fotones Lyman-alfa son destruidos por la interacción con nubes interestelares de gas y polvo. Este efecto es notoriamente más significativo para la luz Lyman-alfa que para la H-alfa. Como resultado, una cantidad tan significativa como el 90% de las galaxias pasa inadvertida en estos sondeos. → “Si vemos diez galaxias, allí podría haber cientos” ← , dice Hayes.
╚> Diferentes métodos de observación, centrados en la luz emitida a diferentes longitudes de onda, conducirán siempre a una visión del Universo que solo es parcialmente completa. Los resultados de este sondeo constituyen una seria advertencia para los cosmólogos, considerando que a medida que aumenta la distancia, la emisión Lyman-alfa se convierte en uno de los pocos trazadores disponibles para el estudio de las primerísimas galaxias que se formaron en la historia del Universo. “Ahora que sabemos cuánta luz hemos pasado por alto, podemos comenzar a crear modelos del cosmos mucho más precisas, entendiendo mejor la velocidad con que se formaron las estrellas en las diferentes épocas de la vida del Universo”, dice el coautor J. Miguel Mas-Hesse.
╚> Este gran avance ha sido posible gracias a la cámara usada, única en su género. HAWK-I, que vio su primera luz en 2007, es un instrumento de última generación. “Sólo hay unas cuantas cámaras con un campo de visión más amplio que HAWK-I, pero operan en telescopios de menos de la mitad del tamaño del VLT. De modo que realmente solo el VLT y HAWK-I son capaces de encontrar eficientemente galaxias tan tenues a estas distancias”, dice el miembro del equipo Daniel Schaerer.
Notas
๏ La luz Lyman–alfa corresponde a la luz emitida por hidrógeno excitado (más específicamente cuando el electrón alrededor del núcleo salta del primer nivel de excitación al nivel fundamental). Esta luz es emitida en el rango ultravioleta a 121,6 nanómetros. La línea Lyman-alfa es la primera de la llamada serie de Lyman, nombrada en honor a su descubridor, Teodore Lyman.
๏ La serie de Balmer, nombrada en honor a Johann Balmer, también corresponde a luz emitida por hidrógeno excitado. En este caso, el electrón cae al primer nivel de excitación. La primera línea en esta serie es la línea H-alfa, emitida a 656,3 nanómetros.
๏ Como la mayoría de los átomos de hidrógeno presentes en la galaxia están en el nivel fundamental, la luz Lyman-alfa es absorbida más eficientemente que la luz H-alfa, la que requiere átomos con un electrón ubicado en el segundo nivel. Como esto es muy poco común en el hidrógeno que constituye el medio interestelar frío en estas galaxias, el gas es casi perfectamente transparente para la luz H-alfa.
๏ Un filtro de banda estrecha es un filtro óptico diseñado para dejar pasar solo un rango de luz muy estrecho, centrado en una longitud de onda específica. Los filtros de banda estrecha tradicionales incluyen aquellos centrados en las líneas de la serie de Balmer, como H-alfa.
๏ Debido a la expansión del Universo, la luz de un objeto distante es desplazada hacia el lado rojo del espectro en una cantidad que depende de su distancia. Esto significa que la luz es estirada hacia longitudes de onda más largas. Un desplazamiento al rojo de 2,2 –que corresponde a galaxias cuya luz ha tardado aproximadamente 10 mil millones de años en alcanzarnos. De este modo la luz Lyman-alfa se ve ahora aproximadamente a 390 nanómetros, cerca del dominio visible, y puede observarse con el instrumento FORS ubicado en el VLT de ESO, mientras que la línea H-alfa se desplaza hasta los 2.100 nm, en el infrarrojo cercano. Por tanto puede ser observada con el instrumento HAWK-I del VLT.