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Se hallan unas “gemelas” de las galaxias primigenias que permiten estudiar las etapas iniciales de la formación galáctica

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una población de minúsculas galaxias recién nacidas a más de once mil millones de años luz de distancia, que arrojan nueva luz sobre las primeras etapas de formación de galaxias. Aunque raros, estos objetos revelan con un detalle sin precedentes las condiciones que existían en la época de formación de las primeras galaxias, formadas pocos cientos de millones de años después del Big Bang.

En astrofísica, mirar lejos equivale a mirar al pasado. De la misma manera que la luz del Sol tarda ocho minutos en alcanzarnos (y, por lo tanto, vemos el Sol cuando era ocho minutos más joven), si observamos a grandes distancias estaremos estudiando épocas pasadas. Y en las últimas décadas, los astrónomos han conseguido penetrar en lo que se conoce como “edades oscuras”, un período correspondiente a los primeros setecientos millones de años después del Big Bang y en el que las primeras galaxias, muy débiles, se hallaban envueltas en hidrógeno neutro, un gas que aumenta la opacidad del medio.


Las diez galaxias análogas a las galaxias primigenias halladas en el estudio.

Precisamente, ese gas opaco ha impedido realizar estudios detallados de estas galaxias con los observatorios actuales y, como resultado, el nacimiento y las primeras fases del crecimiento de las galaxias no han podido ser estudiadas en detalle.
Para identificar y estudiar las propiedades de estas galaxias primigenias, un equipo internacional de astrónomos ha adoptado un enfoque diferente. El equipo presenta el descubrimiento de galaxias nacientes observadas en un momento cósmico posterior, solo mil millones de años después del final de las edades oscuras, cuando el universo contaba con un 5% de su edad actual.

Al hallarse más próximas y en un entorno limpio de la “niebla” circundante, estas galaxias son más fáciles de estudiar en detalle. “Por primera vez, podemos observar una población de galaxias recién nacidas extremadamente jóvenes, que presentan todas las propiedades que se espera sean ubicuas en galaxias normales en tiempos mucho más antiguos”, indica Ricardo Amorín (INAF/Universidad de Cambridge), investigador que encabeza el estudio.

Los datos obtenidos revelan que las galaxias son muy ricas en gas ionizado, “con muy pocas cantidades de polvo y elementos pesados, como el carbono y el oxígeno, que son liberados por estrellas masivas y calientes de corta vida”, señala Enrique Pérez Montero, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en la investigación.

Estas estrellas serían las responsables de ionizar el gas circundante, y quizá también del fin de las edades oscuras: las estrellas masivas terminan su vida en explosiones de supernova, que producen grandes flujos de gas que, por un lado, “contaminaron” el universo con los elementos pesados formados en sus núcleos y, por otro, desplazaron el hidrógeno neutro y fueron creando halos ya transparentes.

Así, este estudio, que ha analizado más de dos mil galaxias y ha hallado diez de estas galaxias primigenias, ha capturado lo que parece ser uno de los primeros episodios masivos de formación estelar del universo. Estas galaxias son unas treinta veces más pequeñas y unas cien veces menos masivas que la Vía Láctea, con formas compactas e irregulares que en algunos casos se asemejan a renacuajos y pares de galaxias en proceso de fusión.

El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, ha sido posible gracias a un gran esfuerzo de observación, coordinado desde el Sondeo Ultraprofundo VIMOS desarrollado en el Very Large Telescope (VLT/ESO), que también incluye imágenes obtenidas por telescopio espacial Hubble (NASA/ESA).

 Referencia:
R. Amorín et al. ” Analogues of primeval galaxies two billion years after the Big Bang”. Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-017-0052

Astrónomos miran por primera vez a la zona donde se forma la mayoría de las estrellas

Este logro fue posible usando el observatorio Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)

OBSERVATORIO ALMA/DICYT Un equipo de astrónomos observó por primera vez el lugar exacto donde nació la mayoría de las estrellas presentes hoy en el Universo. Este logro fue posible usando el observatorio Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), para observar galaxias distantes tales y como eran hace unos 10.000 millones de años.

En ese entonces, el Universo se encontraba en pleno auge de formación estelar. De hecho, la mayoría de las estrellas que vemos hoy nació en esa época.

“Sabíamos que las galaxias de esa época formaban estrellas con profusión, pero no sabíamos cómo eran esas galaxias, porque están rodeadas de tanto polvo que casi no nos llega luz visible de ellas”, comenta Wiphu Rujopakarn, del Instituto Kavli de Física y Matemática del Universo de la Universidad de Tokio (Japón) y de la Universidad Chulalongkorn (Bangkok, Tailandia), autor principal del artículo donde se consigna este hallazgo.

A diferencia de la luz visible, las ondas de radio pueden atravesar el polvo. Aun así, para revelar los detalles de galaxias tan distantes y tenues, los astrónomos tuvieron que realizar las observaciones más sensibles hechas hasta entonces con el VLA.

Las nuevas observaciones realizadas con el VLA y con ALMA permitieron responder preguntas de larga data sobre los mecanismos responsables de todo el proceso de formación estelar en esas galaxias. Los astrónomos descubrieron que estos intensos procesos de formación se daban frecuentemente a lo largo y ancho de todas las galaxias observadas, mientras que en las galaxias de hoy estos procesos se dan con semejante profusión en zonas mucho más pequeñas.

Para conseguir este hallazgo los astrónomos estudiaron el campo ultraprofundo del Hubble, una pequeña porción del cielo escudriñada por el telescopio espacial Hubble de la NASA desde 2003. El Hubble tomó fotografías de muy larga exposición en esa área para detectar galaxias del Universo lejano, y numerosos programas de observación siguieron haciendo lo mismo con otros telescopios.

“Usamos el VLA y ALMA para alcanzar las profundidades de estas galaxias, más allá del polvo que oculta sus entrañas a la vista del Hubble”, explica Kristina Nyland, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés). “El VLA nos mostró dónde ocurría la formación de estrellas, y ALMA reveló el frío gas que sirve de combustible para ese proceso”, agrega.

“En este estudio realizamos la observación más sensible a la fecha con el VLA”, afirma Preshanth Jagannathan, también de NRAO. “Si tomaras tu teléfono celular, que transmite una señal de radio muy débil, y lo alejaras a más del doble de la distancia que hay hasta Plutón, cerca de los límites exteriores del Sistema Solar, su señal nos llegaría más o menos tan fuerte como la de estas galaxias que detectamos”, compara.

Una estrella en plena metamorfosis

La brillante estrella de la imagen, AG Carinae, está perdiendo masa a un ritmo espectacular. Sus potentes vientos alcanzan hasta 7 millones de km/h y ejercen una enorme presión sobre las nubes de material que expulsa la propia estrella.

Estos fabulosos vientos ya han vaciado la región más cercana a la estrella y han empujado el material hasta alejarlo formando el patrón observado en esta fotografía tomada por el telescopio espacial Hubble.

AG Carinae es una extraña forma de estrella variable luminosa azul, un tipo evolucionado a partir de estrellas con una masa 20 veces mayor a la del Sol. Estas estrellas presentan un comportamiento variable e impredecible, experimentando tanto periodos de inactividad como de emisiones. También constituyen algunas de las estrellas más luminosas conocidas, pues son entre decenas de miles y varios millones de veces más brillantes que el Sol.

Cabe mencionar que el resplandor en el centro de la imagen no es la propia estrella, que es minúscula a esta escala y se encuentra oculta dentro de esta región saturada. Además, la cruz blanca no corresponde a un fenómeno astronómico, sino a un efecto del telescopio.

AG Carinae se encuentra a 20.000 años luz de nosotros, en la constelación de Carina. La imagen fue tomada por la Cámara Planetaria y de Gran Angular 2 de Hubble y fue publicada por primera vez en septiembre de 2014.

Nubes de 250 kilómetros de altura en Marte

Algo pasa con Marte. Cuanto más observado es el planeta rojo, más señales envía de que todavía conserva algo de la vitalidad que un día tuvo en su camino paralelo a la Tierra hasta que ambos planetas (afortunadamente para nosotros) separaron sus destinos. La observación de un penacho de 250 kilómetros de altura tiene intrigados a los científicos: ¿nubes de vapor de agua? ¿de CO2?

Penacho Marciano Rotando

En marzo de 2012, astrónomos aficionados tomaron imágenes de un penacho emergiendo al amanecer en el borde del disco de Marte. Aunque las naves espaciales en órbita marciana ya habían observado antes finas capas de nubes en el limbo, este fenómeno alcanzó una altura excepcional, de entre 200 y 250 kilómetros sobre la superficie y se pudo ver, aunque solo durante el amanecer marciano, durante unos diez días. Nunca antes se había observado un fenómeno a tanta altura en el planeta.

El descubrimiento casual de esta nube ha sorprendido a un equipo de científicos de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Los investigadores, que publican sus resultados en la revista Nature, han desarrollado un modelo geométrico para explicar su visibilidad. Han comprobado que el penacho alcanzó los 500 kilómetros de extensión horizontal y han determinado su brillo en diferentes longitudes de onda.

¿UNA NUBE O UNA AURORA?

En la tenue, fría y seca atmósfera de Marte, los vientos arrastran y elevan el polvo desde la superficie hasta los 50 kilómetros de altura. En su seno se forman delgadas nubes de cristalitos de hielo y dióxido de carbono, el principal componente de la atmósfera marciana, que en ocasiones alcanzan, como máximo, alturas de unos 100 kilómetros. Las naves espaciales que orbitan el planeta han tomado imágenes tanto del polvo en suspensión como de las nubes altas sobre el limbo o borde del planeta, proyectadas en el fondo negro del cielo.

De momento, con el conocimiento actual de la alta atmósfera de Marte, no es posible explicar el fenómeno. Por un lado, podría tratarse de una inusual nube, que, de acuerdo con su brillo, estaría formada por cristalitos de 0,1 micras de tamaño (una diezmilésima de milímetro). Sin embargo, para que se pudieran formar cristales de agua a 200 kilómetros de altura, la temperatura debería caer más de 50°C (100°C si fueran de dióxido de carbono) respecto a lo que predicen los modelos actuales del planeta rojo.

“Otra posibilidad sería que el penacho fuera producido por una emisión luminosa, tipo aurora, ya que en la región de Cimmeria, donde se registró el fenómeno, existe una intensa anomalía magnética que podría canalizar las partículas cargadas provenientes del exterior y excitar la emisión. Sin embargo, esto implicaría una emisión unas 1.000 veces más potente que la de las auroras terrestres, lo que es inviable. Ambas hipótesis, aun siendo las más plausibles, parecen imposibles por cuanto desafían nuestro conocimiento actual de la atmósfera marciana”, indica el investigador Agustín Sánchez-Lavega, del Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU.

Para el científico del CSIC Miguel Ángel López Valverde, del Instituto de Astrofísica de Andalucía, “si se confirma que este tipo de fenómenos ocurren con regularidad en Marte, sin duda tendrían gran importancia, más allá de los aspectos teóricos”. “Una de las consecuencias inmediatas es revisar las órbitas de las misiones espaciales y la posible exposición a fenómenos de este tipo, porque es justo a esa altura donde se realizan las delicadas maniobras de aerofrenado de los satélites artificiales en órbita alrededor de Marte, con el consiguiente riesgo para cualquier misión planetaria”, agrega.

Curiosamente, tras unas jornadas sin ser detectado, el penacho se pudo volver a observar varios días en abril. Paralelamente, buscando en el archivo de imágenes tomadas por el telescopio espacial Hubble, los científicos han encontrado imágenes de mayo de 1997 en las que se observa la presencia de un penacho semejante al estudiado en latitudes ecuatoriales. En este caso, no pudieron determinar su altura con precisión, pero sí medir con más detalle su reflectividad, lo cual les ha servido para indagar en la naturaleza del fenómeno.

Dado el riesgo que estos penachos podrían entrañar en futuras misiones en baja órbita o en entrada al planeta, los investigadores proseguirán su búsqueda y estudio con observaciones desde la Tierra y las naves en órbita.


Fuente: Instituto de Astrofísica de Andalucía (http://www.iaa.es)

¿Qué es “el fantasma de Júpiter”?

Basta echar un vistazo al cielo buscando una constelación para comprender lo imaginativos que han sido los antiguos para darle nombre a los objetos observables en nuestro cielo. Las nebulosas de todo tipo, además se prestan a una mayor confusión por su carácter difuso y sus formas caprichosas. Si se mezclan los objetos difusos con los antiguos telescopios y con el desconocimiento de los fenómenos estelares, nos resulta “el fantasma de Júpiter”.

El fantasma de Júpiter

Los objetos astronómicos suelen tener nombres ambiguos, especialmente cuando su denominación histórica fue acuñada antes de que se comprendiese su naturaleza y está basada simplemente en su apariencia física.

Un caso de nomenclatura especialmente confusa es el de las nebulosas planetarias, los restos de estrellas de masa baja a intermedia. Al contrario que las estrellas más masivas, los astros con una masa de entre 0,8 y 8 veces la de nuestro Sol no terminan sus días explotando como potentes supernovas, si no que se inflan pacíficamente, expulsando sus capas exteriores al espacio y creando nubes con formas espectaculares.

Estos restos estelares no tienen nada que ver con los planetas, pero los astrónomos del siglo XVIII las bautizaron con este engañoso nombre al descubrirlas, confundidos por su apariencia redondeada.

Y para complicar aún más el asunto, la nebulosa planetaria que se muestra en esta imagen lleva un nombre todavía más peculiar: fue bautizada con el curioso apodo de ‘Fantasma de Júpiter’, ya que abarca un arco en el firmamento del mismo tamaño que este planeta. Este objeto también se conoce por sus números de catálogo, y desde finales del siglo XIX se designa como NGC 3242.

En esta imagen se puede ver cómo los potentes vientos emitidos por la estrella moribunda – una enana blanca situada en el centro – dan forma a la estructura en doble cáscara de la nebulosa. El brillo azul que llena la burbuja interior representa las emisiones en rayos X del gas calentado a más de dos millones de grados centígrados por las ondas de choque provocadas por los fuertes vientos estelares, que alcanzan velocidades de unos 2.400 km/s con relación al gas de su entorno.

El brillo verde marca las concentraciones de gas más frío, observadas en las longitudes de onda de la luz visible gracias a las emisiones del oxígeno. Estas zonas marcan el límite de la cáscara interna, recortada sobre el gas más difuso que conforma la capa exterior. Las dos estructuras con forma de llama, representadas en color rojo por encima y por debajo de la burbuja interior, son bolsas de gas todavía más frío, visibles en el óptico a través de las emisiones del nitrógeno.

El Fantasma de Júpiter se encuentra a unos 3.000 años luz de nuestro planeta en la constelación de Hidra, la culebra de agua.

Esta imagen combina los datos recogidos en el año 2003 por el satélite europeo XMM-Newton en la banda de los rayos X (azul) con las observaciones ópticas realizadas por el Telescopio Espacial NASA/ESA Hubble (verde y rojo).


Fuente: Agencia Espacial Europea (http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/)

 

¿Cómo se ve una galaxia mientras devora a otra más pequeña?

A los fenómenos estelares les suele restar espectacularidad la cantidad tan inmensa de tiempo que suelen tardar en desarrollarse. La fusión entre dos galaxias puede llevar cientos de millones de años y nosotros sólo podemos ver un fotograma de ese choque colosal. Sin embargo, teniendo consciencia de lo que supone una galaxia y de sus dimensiones y velocidades, esta foto del telescopio Hubble resulta sobrecogedora.

Galaxia NGC7714

El Telescopio Espacial NASA/ESA Hubble ha capturado esta impresionante vista de NGC 7714. Esta galaxia espiral se ha acercado demasiado a su vecina, y la dramática interacción entre las dos galaxias ha deformado sus brazos espirales, arrastrando corrientes de materia hacia el espacio y desencadenando brillantes brotes de formación estelar.

NGC 7714 es una galaxia espiral situada a 100 millones de años luz de la Tierra – una vecina relativamente cercana en términos cósmicos.

Esta galaxia ha sufrido una serie de procesos dramáticos y violentos en su pasado más reciente. Las pruebas de esta brutalidad las podemos encontrar en la extraña forma de los brazos de NGC 7714 y en la neblina dorada que se extiende desde su centro galáctico.

Pero, ¿qué provocó estas deformaciones?. La culpable es una pequeña galaxia conocida como NGC 7715, situada fuera del encuadre de esta fotografía – aunque visible en la imagen de gran angular del DSS. Estas dos galaxias (conocidas conjuntamente como Arp 284) se acercaron demasiado hace unos 100 o 200 millones de años, y empezaron a deformarse mutuamente.

Como consecuencia, se han formado un anillo y dos largas colas de estrellas que surgen de NGC 7714, tendiendo un puente entre las dos galaxias. Este puente actúa como un conducto, canalizando material de NGC 7715 hacia su compañera de mayor tamaño, y alimentando sus brotes de formación estelar. Se están formando nuevas estrellas por toda la galaxia, aunque la mayor actividad se concentra en el brillante centro galáctico.

Los astrónomos han clasificado a NGC 7714 como una típica galaxia con brote estelar de Wolf-Rayet, debido a las estrellas que alberga. Una buena parte de sus estrellas son del tipo Wolf-Rayet – astros extremadamente calientes y brillantes que nacen con una masa docenas de veces superior a la de nuestro Sol, pero que pierden rápidamente a través de fuertes vientos estelares.

Esta imagen del Hubble es una composición de los datos recogidos a diferentes longitudes de onda para desvelar la correlación entre las nubes de gas y las estrellas de la galaxia. Esta nueva imagen pone de manifiesto la compleja estructura de NGC 7714, pero también muestra un gran número de objetos en segundo plano. Estas galaxias más lejanas aparecen como débiles manchas de luz, y en algunas de ellas se puede reconocer una forma espiral.


Fuente: Agencia Espacial Europea (http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/)