Varios equipos internacionales de astrónomos han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para explorar el distante rincón del universo revelado por primera vez en las icónicas imágenes de Campo Ultra Profundo del Hubble (HUDF, Hubble Ultra Deep Field). Estas nuevas observaciones de ALMA son mucho más profundas y precisas que sondeos anteriores realizados en longitudes de onda milimétricas. Muestran claramente cómo la tasa de formación estelar en galaxias jóvenes está estrechamente relacionada con su masa total de estrellas. También trazan la abundancia de gas implicado en la formación estelar en diferentes puntos en el tiempo, previamente desconocida, proporcionando una nueva visión de la "edad de oro" de la formación de galaxias hace aproximadamente 10.000 millones de años. Los nuevos resultados de ALMA se darán a conocer en una serie de artículos publicados en las revistas Astrophysical Journal y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Estos resultados también se presentarán esta semana, junto con otros, en el congreso Half a Decade of ALMA (media década de ALMA) que se celebra en Palm Springs, California, EE.UU.
En 2004, se publicaron las imágenes de Campo Ultra Profundo de Hubble — observaciones pioneras de campo profundo llevadas a cabo con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA —. Estas espectaculares fotos hicieron la exploración más profunda hecha hasta el momento y revelaron una colección de galaxias que se extienden hasta menos de 1.000 millones de años después del Big Bang. El área fue observada varias veces por el Hubble y muchos otros telescopios, obteniendo como resultado la visión más profunda del universo hasta la fecha.
Los astrónomos que han utilizado ALMA han hecho un sondeo de esta ventana al universo distante, aparentemente ordinaria, pero muy estudiada. Y lo han hecho de forma profunda por primera vez y con mucha precisión en el rango milimétrico de la luz [1]. Esto les permite ver el débil resplandor de las nubes de gas y también las emisiones de polvo caliente en galaxias del universo temprano.
Hasta ahora, ALMA ha observado el HUDF durante un total de unas 50 horas. Hasta ahora, esta es la mayor cantidad de tiempo de observación de ALMA dedicada a un área del cielo.
Un equipo dirigido por Jim Dunlop (Universidad de Edimburgo, Reino Unido) utilizó ALMA para obtener la primera imagen profunda y homogénea de ALMA de una región tan grande como el HUDF. Esta información les permitió identificar claramente las galaxias que detectaron con objetos ya vistos con Hubble y otras instalaciones.
Este estudio demostró claramente, por primera vez, que la masa estelar de una galaxia es el mejor indicador de la tasa de formación estelar en el universo con alto desplazamiento al rojo. Esencialmente, detectaron todas las galaxias de alta masa[2] y prácticamente nada más.
Jim Dunlop, autor principal del artículo sobre la imagen de campo profundo, resume su importancia: "Este es un resultado importante. Por primera vez conectamos correctamente la visión de la luz ultravioleta y la luz visible del universo distante que nos proporciona el Hubble y la visión del infrarrojo lejano y el rango milimétrico que nos ofrece ALMA".
El segundo equipo, liderado por Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) y Fabian Walter (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania), llevó a cabo una búsqueda más profunda con cerca de un sexto del total del HUDF [3].
"Hemos realizado la primera búsqueda tridimensional de gas frío en el universo temprano completamente a ciegas", afirma Chris Carilli, (astrónomo del NRAO -Observatorio Nacional de Radioastronomía-, Socorro, Nuevo México, EE.UU.) y miembro del equipo de investigación. "Gracias a esto, hemos descubierto una población de galaxias que no se ve con tanta evidencia en otros estudios profundos del cielo". [4]
Algunas de las nuevas observaciones de ALMA fueron específicamente diseñadas para detectar galaxias ricas en monóxido de carbono, ya que indica regiones óptimas de formación estelar. A pesar de que estos reservorios de gas molecular dan lugar a la actividad de formación estelar en galaxias, a menudo son muy difíciles de ver con el Hubble. Por lo tanto, ALMA puede revelar la "otra mitad" del proceso de formación y evolución de galaxias.
"Los nuevos resultados del ALMA implican un rápido aumento del gas contenido en las galaxias cuando miramos atrás en el tiempo", añade el autor principal de dos de los artículos, Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile). "Este aumento del contenido de gas es probablemente el origen del notable incremento en las tasas de formación de estrellas durante la época en la que hallamos un pico en la formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años".
Los resultados presentados hoy son sólo el comienzo de una serie de futuras observaciones para sondear el universo distante con ALMA. Por ejemplo, una campaña de observación planificada de 150 horas del HUDF iluminará la historia potencial de la formación estelar del universo.
"Complementando nuestra comprensión sobre el material de formación estelar que falta, el próximo gran programa de ALMA completará nuestra visión de las galaxias en el icónico Campo Ultra Profundo del Hubble", concluye Fabian Walter.
Notas
[1] Los astrónomos seleccionaron específicamente el área de estudio en el HUDF, una región del espacio en la débil constelación meridional de Fornax (el horno), para que telescopios terrestres del hemisferio sur, como ALMA, pudieran sondear la región, ampliando nuestro conocimiento sobre el universo muy lejano.
Sondear las profundidades del universo no visibles en el óptico era uno de los primeros objetivos científicos para ALMA.
[2] En este contexto, "alta mayor" significa galaxias con masas estelares de más de 20.000 millones de veces la del Sol (2 x 1010 masas solares). En comparación, la Vía Láctea es una galaxia grande y tiene una masa de aproximadamente 100.000 millones de masas solares.
[3] Esta región del cielo es aproximadamente setecientas veces más pequeña que el área del disco de la Luna llena visto desde la Tierra. Uno de los aspectos más sorprendentes del HUDF fue la gran cantidad de galaxias que se encuentran en una pequeña fracción del cielo.
[4] La capacidad de ALMA de ver una parte del espectro electromagnético diferente a loa que capta el Hubble, permite a los astrónomos estudiar una clase diferente de objetos astronómicos, tales como nubes de formación estelar masivas, así como objetos que, de otra manera, son demasiado débiles para poder observarlos en luz visible, pero que son visibles en longitudes de onda milimétricas.
La búsqueda se conoce como "ciega" porque no se centró en ningún objeto en particular.
Las nuevas observaciones de ALMA del HUDF incluyen dos tipos distintos, pero complementarios, de datos: observaciones de continuo, que revelan la emisión de polvo y la formación de estrellas, y un sondeo de líneas de emisión espectrales, que enfocan la formación de estrellas alimentadas por gas molecular frío. El segundo sondeo es particularmente valioso porque incluye información sobre el grado en el que la luz de objetos distantes se ha desplazado al rojo debido a la expansión del universo. Un mayor desplazamiento al rojo significa que un objeto está más lejos y lo vemos más lejos en el tiempo. Esto permite a los astrónomos crear un mapa tridimensional del gas a partir del cual se forman las estrellas a medida que evoluciona con el tiempo cósmico.
