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Observatorio ALMA descubre monstruosas galaxias envueltas en una enorme red de materia oscura

Se observa a las jóvenes galaxias ubicadas justo en los cruces de filamentos gigantes de una red de materia oscura. Estos hallazgos son importantes comprender cómo se forman las galaxias monstruosas como estas, y cómo evolucionan para volverse enormes galaxias elípticas

Estamos viviendo en un período relativamente tranquilo en la historia del universo. Hace diez mil millones de años, mucho antes de que se formaron el Sol y la Tierra, algunas áreas del Universo estaban habitadas por galaxias monstruosos con ritmos de formación estelar cientos o miles de veces más de lo que observamos hoy en la galaxia de la Vía Láctea. No quedan galaxias monstruosas en el Universo moderno, pero los astrónomos creen que estos jóvenes galaxias maduraron para convertirse en las galaxias elípticas gigantes que se ven en el universo moderno.

Los astrónomos que usan el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) descubrieron una cuna de monstruosas galaxias bebé a 11.500 millones de años-luz de distancia. Los jóvenes galaxias parecen residir en los cruces de filamentos gigantes en una red de materia oscura. Estos hallazgos son importantes para la comprensión de cómo se forman galaxias así de monstruosas, y cómo evolucionan para convertirse en enormes galaxias elípticas.

Las teorías actuales de formación de galaxias predicen que estas galaxias monstruosas se forman en entornos especiales donde se concentra la materia oscura. Pero hasta ahora ha sido difícil determinar con suficiente precisión las posiciones de galaxias con formación activa de estrellas para probar esta predicción en la realidad. Parte del problema es que las monstruosas galaxias con formación estelar activa a menudo están oscurecidas por el polvo, lo que las hace difíciles de observar en luz visible. Las galaxias repletas de polvo emiten fuertes ondas de radio con longitudes de onda submilimétricas, pero los radiotelescopios típicamente no han tenido la resolución necesaria para ubicar galaxias individuales.

Para buscar galaxias monstruosas, el equipo de investigación dirigido por Hideki Umehata (un becario postdoctoral de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia ubicada en el Observatorio Europeo del Sur, Alemania), Yoichi Tamura (profesor asistente en la Universidad de Tokio), y Kotaro Kohno (profesor de la Universidad de Tokio) utilizado la instalación ALMA para hacer extensas observaciones de una pequeña parte del cielo llamada SSA22 en la constelación de Acuario (el Portador de Agua).

Antes de sus observaciones con ALMA, el equipo buscó galaxias bebé en SSA22 con ASTE, un telescopio submilimétrico de 10 metros operado por NAOJ. Si bien la sensibilidad y la resolución no fueron suficientes para estar seguros, en las imágenes de ASTE pudieron ver indicios de que podría haber un cúmulo de galaxias monstruosas. Con diez veces mejor sensibilidad y 60 veces mejor resolución, ALMA permitió a los astrónomos determinar la ubicación de las nueve galaxias monstruosas en SSA22.

 

 

El equipo comparó las posiciones de estas galaxias con la ubicación de un cúmulo de galaxias jóvenes a 11.500 millones de años-luz de la Tierra en SSA22 que habían sido estudiadas en luz visible por el Telescopio Subaru, operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). La forma del cúmulo observado por el Telescopio Subaru indica la presencia de una enorme red en 3D de materia oscura invisible. Se cree que esta estructura filamentosa de materia oscura es un progenitor de estructuras a gran escala del Universo. Uno de los ejemplos más conocidos de una estructura a gran escala en el Universo moderno es la Gran Muralla cósmica, una gigantesca estructura filamentosa que abarca más de 500 millones de años luz. La estructura filamentosa en SSA22 podría llamarse una proto-gran muralla.

El equipo encontró que las jóvenes galaxias monstruosas parecían estar situadas justo en la intersección de los filamentos de materia oscura. Este hallazgo apoya el modelo que las galaxias monstruosas se forman en las zonas donde se concentra la materia oscura. Y puesto que las grandes galaxias elípticas modernas son simplemente galaxias monstruosas que han madurado con la edad, ellas también deben tener su origen en nexos de la estructura a gran escala.


A la izquierda, arriba, en la imagen de ALMA tomada con ASTE en longitudes de onda submilimétricas parece que hay una galaxia monstruosa brillante. En el centro hay una imagen tomada en las mismas longitudes de onda submilimétricas, pero esta vez utilizando la nueva instalación del radiotelescopio ALMA. Con 60 veces mejor resolución y 10 veces mejor sensibilidad, podemos ver que en realidad hay 3 galaxias monstruosas muy juntas. A la derecha está la misma región fotografiada en luz visible tomada por el telescopio Subaru. Podemos ver que no todas las galaxias monstruosas aparecen en esta imagen, o al menos que algunos de ellas deben ser muy débiles. (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ, H. Umehata (Universidad de Tokio)

Este resultado es un paso muy importante para una cabal comprensión de la relación entre la distribución de la materia oscura y las galaxias monstruosas. El equipo continuará su extensa búsqueda de galaxias monstruosas observando hacia atrás, incluso más lejos en la historia temprana del Universo, para estudiar la evolución de la estructura a gran escala.

Crédito de la imagen: monstruosas galaxias que se piensa que nacen preferentemente en los centros de las estructuras en forma de red formadas por galaxias jóvenes. ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Una pequeña galaxia guarda el secreto de la materia oscura

La galaxia del Triángulo II muestra la mayor concentración de materia oscura observada hasta la fecha

La materia oscura se llama así por una buena razón. De hecho, y aunque es diez veces más abundante en el Universo que la materia ordinaria, de la que todo lo que vemos está hecho, nadie ha conseguido aún detectarla directamente. Su existencia se conoce por vías indirectas, en concreto por su influencia gravitatoria en estrellas y galaxias, cuyos movimientos a menudo no se pueden explicar solo con la gravedad de la materia visible. Pero nadie, repetimos, ha logrado aún detectar directamente ni una sola partícula de materia oscura.


La simulación sobre estas líneas predice la distribución de estrellas (izquierda) y materia oscura (derecha) en una galaxia como la Vía Láctea. El circulo rojo muestra una pequeña galaxia como Triángulo II, con muy pocas estrellas y mucha materia oscura. Un excelente candidato para detectar la señal en forma de rayos gamma procedente de la aniquilación de partículas de materia oscura

Ahora, Evan Kirby, astrónomo del Instituto de Tecnología de California, se ha dado cuenta de que la galaxia del Triángulo II, una pequeña galaxia satélite de la nuestra, al lado mismo de la Vía Láctea, muestra la mayor concentración de materia oscura observada hasta ahora en cualquier galaxia del Universo. Su trabajo se acaba de publicar en Astrophysical Journal Letters.

Al borde de la Vía Láctea

Triángulo II es una pequeña y débil galaxia, situada justo en el borde de nuestra Vía Láctea y que apenas contiene un millar de estrellas. Para calcular su masa, Kirby midió la velocidad de seis estrellas de este pequeño vecino galáctico alrededor de su centro, y se ha dado cuenta de que su masa es mucho mayor de la que correspondería a solo mil estrellas.

«Observar esta galaxia es todo un desafío —explica el investigador—. De hecho, solo seis de sus estrellas tienen el brillo suficiente como para ser detectadas con el telescopio Keck». Midiendo la velocidad de esas seis estrellas, Kirby pudo calcular la cantidad de gravedad a la que estaban sometidas, y por lo tanto determinar la masa de la galaxia.

El resultado fue toda una sorpresa. «La masa total que calculé es mucho, mucho mayor que la del número total de estrellas, afirma el científico, lo que implica que allí hay una enorme cantidad de materia oscura densamente empaquetada y que contribuye a la masa total. El ratio entre materia oscura y materia luminosa es el mayor que conocemos en cualquier otra galaxia. Después de hacer las mediciones, lo único que pude pensar fue ´wow´».

Por esa razón, Triángulo II se ha convertido en uno de los mejores candidatos que existen para tratar de detectar directamente la elusiva firma de la materia oscura. De hecho, se piensa que ciertas partículas (hipotéticas) de materia oscura, llamadas WIMPs supersimétricos (partículas masivas de interacción débil), pueden colisionar y aniquilarse mutuamente dejando como prueba un pequeño estallido de rayos gamma. Y eso sí que podríamos detectarlo desde la Tierra.

Ruido galáctico

Por supuesto, la tarea no resulta sencilla. De hecho, y aunque las teorías actuales predicen que la materia oscura está produciendo rayos gamma prácticamente por todo el Universo, detectar esa radiación en particular en medio del «ruido galáctico» que producen todas las demás fuentes (empezando por los propios rayos gamma emitidos por los púlsares) supone un desafío enorme. Sin embargo, Triángulo II es una galaxia muy tranquila, que ni siquiera dispone de reservas de gas y otros materiales necesarios para formar nuevas estrellas. Por esa razón, los astrónomos la consideran una galaxia «muerta». En medio de tanta calma, cualquier señal de rayos gamma que se produjera allí sería, en principio, claramente visible y fácil de detectar.

 

 

Sin embargo, aún no se ha logrado confirmar definitivamente que lo que ha logrado medir Kirby es, en realidad, la masa total de la galaxia. En efecto, otro grupo de investigadores de la universidad francesa de Estrasburgo midió recientemente la velocidad de una serie de estrellas que están justo en la periferia de Triángulo II, y determinó que se movían más rápido que las que se encuentran más cerca del centro de la galaxia. Un comportamiento que es justo el contrario del esperado y que podría sugerir que esta pequeña galaxia está siendo «expulsada» por la propia gravedad de la Vía Láctea.

«Mi próximo paso —explica Kirby— será tomar medidas que puedan confirmar, o desmentir, los hallazgos de estos otros grupos de investigadores. Y si resulta que, al final, las estrellas exteriores no se están moviendo más deprisa que las interiores, entonces la galaxia podría estar en lo que conocemos como ´equilibrio dinámico´. Y eso la convertiría en el mejor candidato que tenemos para la detección de materia oscura con rayos gamma».

Fuente: ABC Ciencia. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Descubren una rara radiogalaxia gigante que tiene 4 millones de años luz de extremo a extremo

¿Cómo hacen las galaxias con un tamaño óptico de un centenar de miles de años luz producir emisiones de radio de varios millones de años luz de extensión?

Un equipo de astrónomos del Centro Nacional de Radio Astrofísica (NCRA, TIFR), Pune, India han descubierto, mediante el gigantesco Radiotelescopio Metrewave (GMRT), una galaxia muy rara de tamaño enorme. Esta galaxia —situado a cerca de 9 millones de años luz de distancia hacia la constelación Cetus— emite potentes ondas de radio y tiene de un extremo al otro la friolera de 4 millones de años luz (La Vía Láctea tiene sólo 100.000 años luz de diámetro). Estas galaxias con un tamaño de radioemisión muy grande se llaman apropiadamente radiogalaxias gigantes.

Radiogalaxia

Con el respecto al gigantesco tamaño de la radioemisión, se argumenta que la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia impulsa chorros a gran escala de plasma caliente en direcciones diametralmente opuestas, que finalmente dan lugar a grandes lóbulos de radio (véase la imagen de arriba).

Si bien son comunes las radiogalaxias con tamaños de menos de un millón de años luz, las radiogalaxias gigantes son extremadamente raras, más aún a grandes distancias cósmicas, donde sólo se ha descubierto un puñado hasta ahora. Esta galaxia recién descubierta, conocida por su nombre científico J021659-044920 es un nuevo miembro de este grupo de élite.

En algunas circunstancias especiales, el agujero negro central puede dejar de producir el chorro de radio, y entonces los brillantes lóbulos de radio se desvanecen en unos pocos millones de años, debido a la falta de reposición. Lo que hace especial a J021659-044920 es que ha sido capturada en esta fase de la muerte, en la que el chorro de radio parece haberse desconectado y los lóbulos de radio han empezado a sufrir una decoloración.

El desvanecimiento de los lóbulos es causado porque su energía se pierde de dos maneras: una, mediante la emisión de ondas de radio, que aparecen como los lóbulos de radio gigantes, y dos, mediante la transferencia de energía a los fotones del fondo cósmico de microondas a través de un proceso conocido como dispersión inversa de Compton. Este último mecanismo lleva al desvanecimiento de la emisión de rayos X que se ven emanar de los lóbulos de radio de esta galaxia.

Estos objetos de radio que mueren son los más estudiados usando un telescopio de radio de baja frecuencia como el GMRT. El GMRT, las instalación de radiotelescopio más grande del mundo que opera en las frecuencias bajas de radio, es un conjunto de 30 antenas de un diámetro de 45 metros, totalmente orientables, que se extienden a lo largo de una región 30 kilometros alrededor de Khodad, cerca de la ciudad de Narayangaon del distrito de Pune en el oeste de la India. El GMRT fue construido y es operado por el Centro Nacional de Radio Astrofísica del Instituto Tata de Investigación Fundamental y ha estado en funcionamiento desde 2002.

La imagen óptica de arriba se muestra con lóbulos de radio (en amarillo-rojo). El agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia roja (el recuadro ampliado) ha llevado a la formación de los lóbulos gigantes de radio.

 

 

Para su análisis, el equipo combinó sus observaciones GMRT con observaciones anteriores hechas con una gran cantidad de telescopios terrestres y espaciales: el Telescopio Espacial XMM-Newton en rayos X, el telescopio óptico japonés Subaru, el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido en infrarrojo cercano, el telescopio espacial Spitzer de la NASA en infrarrojos medios y el Jansky Very Large Array (EE.UU.) en las bandas de radio de alta frecuencia.

Mediante el uso de los datos de varios telescopios que abarcan todo el espectro electromagnético, pudieron llevar a cabo un análisis completo y increíblemente detallado de las condiciones físicas en torno a esta galaxia distante. Con estas observaciones se pueden entender las propiedades del campo magnético en la región entre galaxias en el universo distante.

Crédito de la imagen: Prathamesh Tamhane / Yogesh Wadadekar

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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