11/Oct/08

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El telescopio Keck y su "lente cósmica" resuelven la naturaleza y el destino de las primigenias galaxias

La combinación demuestra la potencia final del telescopio de treinta metros

Los astrónomos del California Institute of Technology (Caltech) y sus colegas han proporcionado una única visión dentro de la naturaleza de una joven galaxia formadora de estrellas cuando apareció apenas dos mil millones de años después del Big Bang, y determinó cómo puede finalmente evolucionar la galaxia para convertirse en un sistema como nuestra propia Vía Láctea.

El equipo hizo sus observaciones acoplando dos técnicas: la lente gravitacional, que utiliza un efecto pronosticado por primera vez por Albert Einstein en el cual el campo gravitacional de los objetos grandes, como las galaxias en primer plano, curva los rayos de luz de los objetos ubicados a una distancia por detrás, y por lo tanto aumentando la apariencia de fuentes distantes; y la óptica adaptativa (AO) de la estrella guía asistida por láser (LGS) del telescopio de 10 metros Keck en Hawai. La óptica adaptativa corrige los efectos de borroneo de la atmósfera terrestre por la observación en tiempo real de la señal desde una estrella guía natural o de una estrella guía artificial. La lente gravitacional agrandaba la galaxia distante en un tamaño angular de un factor ~8 en cada dirección. Junto con la resolución mejorada por la óptica adaptativa, esto permitió al equipo determinar la estructura de velocidad interna de la galaxia lejana, ubicada a 11.000 millones de años-luz de la Tierra, y por lo tanto su probable evolución futura.

Los investigadores encontraron que la galaxia distante, que es típica en muchos sentidos a otras de esa época, mostraba claras señales de rotación ordenada. El hallazgo, en asociación con las observaciones realizadas en longitudes de onda milimétricas, que son sensibles al gas molecular frío (un indicador de la rotación galáctica), sugiere que la fuente está en las primeras etapas de montar un disco en espiral con un núcleo central similar a los vistos hoy en las galaxias en espiral.

"La gravedad nos ha provisto eficazmente de un teleobjetivo adicional, que nos permitió estudiar esta galaxia distante en escalas de apenas unos cientos de años-luz. Es una muestra 10 veces más fina que las que se lograban hasta ahora", explica Dan Stark, erudito de investigación doctoral en Caltech, líder del estudio. "Por consiguiente, podemos ver por primera vez que una galaxia joven de tamaño típico está girando y evolucionando lentamente a una galaxia en espiral como nuestra propia Vía Láctea", dice.

La investigación, descrita en la edición del 9 de octubre de la revista Nature, proporciona una demostración de la probable potencia del futuro telescopio de treinta metros (TMT), el primero de una nueva generación de grandes telescopios diseñados para aprovechar la AO.

Cuando se haya terminado, en la última mitad de la próxima década, la gran abertura grande y la óptica mejorada del TMT producirán imágenes con una resolución angular tres veces mejor que el Keck de 10 metros y 12 veces mejor que el telescopio espacial Hubble, en similares longitudes de onda. Por la significativa mejora en resolución angular proporcionada por la AO, el TMT podrá estudiar las propiedades internas de pequeñas galaxias distantes, visto como eran cuando el universo era joven.

Igualmente, el gran Array milimétrico de Atacama (ALMA), un gran interferómetro que está siendo terminado en Chile, proveerá de un mayor adelanto en el trazado de mapas de la extremadamente leve emisión de gas del hidrógeno frío -el componente principal de las jóvenes galaxias distantes y un claro marcador de gas molecular frío; un mucho mejor mapeo si se compara con la capacidad de las instalaciones actuales. En su investigación reciente, el equipo liderado por Caltech ha logrado un vistazo de lo que podrá hacerse con el superior rendimiento esperado del TMT y el ALMA.

Las observaciones espectroscópicas clave fueron realizadas el instrumento OSIRIS, desarrollado específicamente para el sistema de AO de Keck, por el astrofísico James Larkin y colaboradores de la Universidad de California, Los Angeles. Stark y sus compañeros de trabajo usaron el instrumento OSIRIS para trazar un mapa de la velocidad a través de la fuente en fino detalle, permitiéndoles demostrar que tiene un primitivo disco giratorio.

Para ayudar en su análisis, los investigadores combinaron los datos del observatorio Keck con los datos tomados en longitudes de onda milimétricas por el interferómetro Plateau de Bure (PdBI), ubicado en los Alpes franceses. Este instrumento PdBI es sensible a la distribución de gas frío que todavía tiene que colapsar para formar estrellas. Estas observaciones dan una pista de lo que pronto será rutinario con el interferómetro ALMA.

"Notablemente, el gas frío rastreado por nuestras observaciones milimétricas comparte la rotación mostrada por las estrellas jóvenes vistas en las observaciones de Keck. La distribución del gas que vimos con nuestra asombrosa resolución indica que estamos presenciando la gradual acumulación de un disco en espiral con una componente nuclear central", explica Mark Swinbank, co-investigador de la Durham University, involucrado en las observaciones de Keck y de PdBI.

Este trabajo demuestra qué importante se ha vuelto la resolución angular para asegurar el progreso en astronomía extragaláctica. Ésta será la ganancia clave de las instalaciones del TMT y del ALMA.

"Durante décadas, los astrónomos estuvieron contentos por construir telescopios más grandes, argumentando que el poder de recoger luz era la medida principal de la capacidad de un telescopio", explica Richard S. Ellis, profesor de astronomía con grado Steele Family en Caltech, coautor del estudio en Nature, y miembro del directorio de TMT. "Sin embargo, la óptica adaptativa y la interferometría están ahora proporcionando a los astrónomos en tierra el beneficio adicional de la resolución angular. La combinación de una gran abertura y una resolución exquisita es muy eficaz para estudiar las propiedades internas de fuentes distantes y débiles, vistas como eran cuando el universo era joven. Éste es el excitante futuro que podemos esperar con TMT y ALMA, y, gracias a la ampliación de una lente gravitacional, tenemos una primera demostración aquí en este estudio", dice.

Fuente: Caltech. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard