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Galaxias distantes revelan cö¨mo se va despejando la neblina cö¨smica | ESO Chile

eso1138es-cl — Comunicado cientö­fico

Galaxias distantes revelan cö¨mo se va despejando la neblina cö¨smica

12 de Octubre de 2011

Los cientö­ficos han utilizado el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Chile para estudiar el Universo primitivo en distintos momentos, justo cuando se estaba volviendo transparente a la luz ultravioleta. Esta fase breve pero espectacular en la historia cö¨smica -conocida como reionizaciö¨n-, se produjo hace unos 13 mil millones de aö±os. Al estudiar cuidadosamente algunas de las galaxias mö¡s lejanas detectadas hasta ahora, el equipo fue capaz de establecer por primera vez un calendario de la reionizaciö¨n. Tambiö©n demostraron que esta fase debiö¨ ocurrir mö¡s rö¡pido de lo que los aströ¨nomos pensaban.

Un equipo internacional de aströ¨nomos usö¨ el VLT de ESO en Cerro Paranal (Chile) como una mö¡quina del tiempo para viajar al pasado, hacia el Universo primitivo, y poder observar varias de las galaxias mö¡s lejanas detectadas hasta la fecha. El equipo fue capaz de medir sus distancias con precisiö¨n y determinö¨ que las estamos viendo tal como eran entre 780 millones y mil millones de aö±os despuö©s del Big Bang [1].

Las nuevas observaciones permitieron a los aströ¨nomos establecer por primera vez un cronograma para lo que se conoce como la era de la reionizaciö¨n [2]. Durante esta fase, la niebla de gas de hidrö¨geno en el Universo primitivo se fue despejando, permitiendo que la luz ultravioleta pasara sin obstö¡culos por primera vez.

Los nuevos resultados, que serö¡n publicados en el Astrophysical Journal, se basan en una extensa y sistemö¡tica böºsqueda de galaxias distantes que el equipo llevö¨ a cabo con el VLT durante los öºltimos tres aö±os.

"Los arqueö¨logos pueden reconstruir una cronologö­a del pasado a partir de los artefactos que encuentran en las diferentes capas del suelo. Los aströ¨nomos podemos hacer algo mejor: podemos ver directamente en el pasado remoto y observar la tenue luz de las galaxias en diferentes etapas de la evoluciö¨n cö¨smica", explica Adriano Fontana, de INAF Observatorio Astronö¨mico de Roma, quien liderö¨ este proyecto. "Las diferencias entre las galaxias nos hablan de las cambiantes condiciones en el Universo en este importante perö­odo, y la rapidez con que estos cambios fueron ocurriendo".

Los diferentes elementos quö­micos brillan en colores caracterö­sticos. Estos signos en el brillo se conocen como lö­neas de emisiö¨n. Una de las lö­neas de emisiö¨n de rayos ultravioleta mö¡s fuertes es la lö­nea Lyman-alfa, que proviene del gas de hidrö¨geno [3]. Es lo suficientemente brillante y reconocible como para ser vista incluso en las observaciones de galaxias muy dö©biles y lejanas.

Detectar la lö­nea Lyman-alfa de cinco galaxias muy distantes [4] permitiö¨ al equipo hacer dos cosas. En primer lugar, al observar hasta quö© punto la lö­nea se habö­a desplazado hacia el extremo rojo del espectro fueron capaces de determinar las distancias de las galaxias, y de esta forma saber cuö¡nto tiempo despuö©s del Big Bang las estaban observando [5]. Esto les permitiö¨ colocarlas en orden, creando una lö­nea de tiempo que muestra cö¨mo la luz de las galaxias fue evolucionando en el tiempo. En segundo lugar, fueron capaces de ver hasta quö© punto la emisiö¨n Lyman-alfa -proveniente del hidrö¨geno que brilla al interior de las galaxias- fue reabsorbida por la niebla de hidrö¨geno neutro en el espacio intergalö¡ctico en diferentes puntos en el tiempo.

"Vemos una diferencia dramö¡tica entre la cantidad de luz ultravioleta que fue bloqueada en las galaxias mö¡s tempranas y en las mö¡s tardö­as de la muestra", dice la autora principal Laura Pentericci, de INAF Observatorio Astronö¨mico de Roma. "Cuando el Universo tenö­a sö¨lo 780 millones aö±os de edad, este hidrö¨geno neutro era muy abundante, ocupando entre un 10 y un 50% del volumen del Universo. Pero sö¨lo 200 millones de aö±os despuö©s, la cantidad de hidrö¨geno neutro se habö­a reducido a un nivel muy bajo, similar al que vemos hoy en dö­a. Parece que la reionizaciö¨n debe haber ocurrido mö¡s rö¡pido de lo que los aströ¨nomos pensaban".

Ademö¡s de sondear la velocidad a la que se despejö¨ la niebla primordial, las observaciones del equipo tambiö©n apuntaron a la probable fuente de luz ultravioleta que proporcionö¨ la energö­a necesaria para que se produjera la reionizaciö¨n. Varias teorö­as compiten para explicar el origen de esta luz, entre las cuales destacan dos: la primera generaciö¨n de estrellas en el Universo [6], y la intensa radiaciö¨n emitida por materia que cae hacia un agujero negro.

"El anö¡lisis detallado de la tenue luz de dos de las galaxias mö¡s distantes que encontramos sugiere que la primera generaciö¨n de estrellas podrö­a haber contribuido a la producciö¨n de la energö­a observada", dice Eros Vanzella del Observatorio de Trieste, miembro del equipo de investigaciö¨n. "Se tratarö­a de estrellas muy jö¨venes y masivas, cerca de cinco mil veces mö¡s jö¨venes y cien veces mö¡s masivas que nuestro Sol, y podrö­an haber sido capaces de disolver la niebla primordial y volverla transparente".

Las mediciones de alta precisiö¨n requeridas para confirmar o refutar esta hipö¨tesis, y demostrar que las estrellas pueden producir la energö­a necesaria, requieren observaciones desde el espacio, o con el planeado European Extremely Large Telescope (E-ELT) de ESO, que serö¡ el ojo mö¡s grande del mundo en el cielo cuando estö© terminado, a principios de la prö¨xima dö©cada.

El estudio de un periodo tan primitivo en la historia cö¨smica es tö©cnicamente difö­cil, ya que se necesitan observaciones muy precisas de galaxias extremadamente distantes y tenues, una tarea que sö¨lo puede ser realizada por los telescopios mö¡s potentes. Para este estudio, el equipo utilizö¨ el gran poder de recolecciö¨n de luz de uno de los telescopios de 8,2 metros del VLT para llevar a cabo observaciones espectroscö¨picas, apuntando a galaxias identificadas previamente por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y en imö¡genes de campo profundo tomadas por el VLT.

Notas

[1] La galaxia mö¡s lejana que se ha reportado, con una distancia medida a travö©s de espectroscopö­a, alcanza un desplazamiento al rojo de 8,6, lo que la sitöºa 600 millones aö±os despuö©s del Big Bang (ver noticia anterior). Si bien existe una galaxia candidata a un desplazamiento al rojo de alrededor de 10 (480 millones de aö±os despuö©s del Big Bang) identificada por el Telescopio Espacial Hubble, ö©sta todavö­a estö¡ a la espera de confirmaciö¨n. La galaxia mö¡s distante de este estudio posee un desplazamiento al rojo de 7,1, que equivale a 780 millones aö±os despuö©s del Big Bang. El Universo actual posee 13,7 mil millones de aö±os. La nueva muestra de cinco galaxias con lö­neas Lyman-alfa confirmadas (de un total de 20 candidatas) incluye a la mitad de todas las galaxias conocidas con desplazamiento al rojo mayor a 7.

[2] Al formarse las primeras estrellas y galaxias, el Universo estaba lleno de gas de hidrö¨geno elö©ctricamente neutro que absorbe la luz ultravioleta. A medida que la radiaciö¨n ultravioleta de estas galaxias primitivas fue excitando el gas, haciendo que adquiriera carga elö©ctrica (ionizado), ö©ste se fue haciendo cada vez mö¡s transparente a la luz ultravioleta. Este proceso se conoce tö©cnicamente como reionizaciö¨n, y se cree que fue un breve perö­odo dentro de los primeros 100 000 aö±os despuö©s del Big Bang en el que tambiö©n el hidrö¨geno fue ionizado.

[3] El equipo midiö¨ los efectos de la niebla de hidrö¨geno utilizando la espectroscopö­a, una tö©cnica que consiste en separar y dispersar la luz de la galaxia en los colores que la componen, al igual que un prisma descompone la luz del Sol en un arco iris.

[4] El equipo usö¨ el VLT para estudiar los espectros de 20 galaxias candidatas a desplazamientos al rojo cercanos a 7, las que provienen de estudios de imö¡genes profundas de tres regiones distintas. De estos 20 objetivos, se encontraron cinco que poseö­an claramente emisiö¨n Lyman-alfa. ö‰ste es actualmente el öºnico conjunto de galaxias con desplazamiento al rojo cercano a 7 confirmadas espectroscö¨picamente.

[5] Debido a la expansiö¨n del Universo, la longitud de onda de la luz de los objetos se estira a medida que viaja a travö©s del espacio. Cuanto mö¡s viaja la luz, mö¡s se estira su longitud de onda. Como el rojo es la mayor longitud de onda visible a nuestros ojos, el caracterö­stico color rojo que este fenö¨meno produce en los objetos extremadamente distantes se conoce como "desplazamiento al rojo". Aunque tö©cnicamente es una forma de medir cö¨mo se ha visto afectado el color de la luz de un objeto, tambiö©n permite medir la distancia del objeto y determinar cuö¡nto tiempo despuö©s del Big Bang lo estamos observando.

[6] Los aströ¨nomos clasifican las estrellas en tres categorö­as, conocidas como Poblaciö¨n I, Poblaciö¨n II y Poblaciö¨n III. La Poblaciö¨n I de estrellas, como nuestro Sol, son ricas en elementos pesados sintetizados en los corazones de las estrellas mö¡s viejas y en explosiones de supernovas: al estar compuestas de residuos de generaciones anteriores de estrellas, tienen que haber aparecido mö¡s tarde en el Universo. Las estrellas de la Poblaciö¨n II tienen menos elementos pesados en su interior y estö¡n en su mayorö­a compuestas por hidrö¨geno, helio y litio creados durante el Big Bang. ö‰stas son las estrellas mö¡s viejas, aunque muchas de ellas todavö­a existen en el Universo actual. Las estrellas de la Poblaciö¨n III nunca han sido observadas directamente, aunque se cree que existieron en los primeros aö±os del Universo. Como sö¨lo contienen el material creado durante el Big Bang, no poseen ningöºn elemento mö¡s pesado. Debido al rol que juegan los elementos mö¡s pesados en la formaciö¨n de las estrellas, sö¨lo las estrellas de gran tamaö±o con esperanzas de vida muy cortas fueron capaces de formarse en esta etapa, por lo que toda la Poblaciö¨n III de estrellas culminö¨ rö¡pidamente su vida con explosiones de supernovas en los primeros aö±os del Universo. Hasta el momento no se ha podido encontrar evidencia sö¨lida de la Poblaciö¨n III de estrellas, ni siquiera en las observaciones de galaxias muy distantes.

Informaciö¨n adicional

Esta investigaciö¨n fue presentada en un artö­culo titulado Á€œSpectroscopic Confirmation of zÁˆ¼7 LBGs: Probing the Earliest Galaxies and the Epoch of ReionizationÁ€, que serö¡ publicado en el Astrophysical Journal.

El equipo estö¡ compuesto por L. Pentericci (INAF Observatorio Astronö¨mico de Roma, Roma, Italia [INAF-OAR]), A. Fontana (INAF-OAR), E. Vanzella (INAF Observatorio Astronö¨mico di Trieste, Trieste, Italia [INAF- OAT]), M. Castellano (INAF-OAR), A. Grazian (INAF-OAR), M. Dijkstra (Max-Planck-Institut fö¼r Astrophysik, Garching, Alemania), K. Boutsia (INAF-OAR), S. Cristiani (INAF-OAT), M. Dickinson (National Optical Astronomy Observatory en Tucson, EE.UU.), E. Giallongo (INAF-OAR), M. Giavalisco (Universidad de Massachusetts, Amherst, EE.UU.), R. Maiolino (INAF-OAR ), A. Moorwood (ESO, Garching), P. Santini (INAF-OAR).

ESO, el Observatorio Europeo Austral, es la principal organizaciö¨n astronö¨mica intergubernamental en Europa y el observatorio astronö¨mico mö¡s productivo del mundo. Es apoyado por 15 paö­ses: Alemania, Austria, Bö©lgica, Brasil, Dinamarca, Espaö±a, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el Reino Unido, Repöºblica Checa, Suecia y Suiza. ESO desarrolla un ambicioso programa enfocado en el diseö±o, construcciö¨n y operaciö¨n de poderosas instalaciones de observaciö¨n terrestres que permiten a los aströ¨nomos hacer importantes descubrimientos cientö­ficos. ESO tambiö©n cumple un rol principal en promover y organizar la cooperaciö¨n en investigaciö¨n astronö¨mica. ESO opera tres sitios öºnicos de observaciö¨n de clase mundial en Chile: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio ö¨ptico mö¡s avanzado del mundo y dos telescopios de rastreo. VISTA trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo mö¡s grande del mundo y el VST (sigla en inglö©s del Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio mö¡s grande diseö±ado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronö¨mico mö¡s grande en desarrollo. ESO estö¡ actualmente planificando el European Extremely Large Telescope, E-ELT, el telescopio ö¨ptico y de infrarrojo cercano de la categorö­a de 40 metros, que llegarö¡ a ser Á€œel ojo mö¡s grande del mundo en el cieloÁ€.

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Esta es una traducciö¨n de la nota de prensa de ESO eso1138.
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Acerca de la nota de prensa

Nota de prensa No.:eso1138es-cl
Nombre:Galaxies, NTTDF-474
Tipo:• Early Universe : Galaxy
• Early Universe : Cosmology
Facility:Very Large Telescope
Science data:2011ApJ...743..132P

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