Nota de prensa

ALMA explora el Campo Ultra Profundo del Hubble

Se trata del sondeo milimétrico más profundo del universo temprano

22 de Septiembre de 2016

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, 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 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. Todas las galaxias detectadas eran de alta masa [2].

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 confirman 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.

Anteriormente se han llevado a cabo observaciones para mapear la distribución de gas frío en el universo temprano utilizando el Observatorio Plateau de Bure, en los Alpes franceses, y el conjunto Karl Jansky, en EE.UU.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en los siguientes artículos científicos:

1. “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, por J. Dunlop et al., en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
2. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, por M. Aravena et al., en la revista Astrophysical Journal.
3. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, por R. Decarli et al., en la revista Astrophysical Journal.
4. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, por R. Decarli et al., en la revista Astrophysical Journal.
5. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, por M. Aravena et al., en la revista Astrophysical Journal.
6. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, por F. Walter et al., en la revista Astrophysical Journal.
7. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, por R. Bouwens et al., en la revista Astrophysical Journal.
8. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, por C. L. Carilli et al., en la revista Astrophysical Journal.

Los equipos están formados por:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile); R. Decarli (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania); F. Walter (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania; Departamento de Astronomía, Instituto Tecnológico de California, EE.UU.; NRAO, Centro de Operaciones Científicas Pete V. Domenici, EE.UU.); R. Bouwens (Observatorio de Leiden, Leiden, Países Bajos; UCO/Observatorio Lick, Santa Cruz, EE.UU.); P.A. Oesch (Departamento de Astronomía, Universidad de Yale, New Haven, EE.UU.); C.L. Carilli (Observatorio de Leiden, Leiden, Países Bajos; Grupo de Astrofísica, Laboratorio Cavendish, Cambridge, Reino Unido); F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Chile; Instituto de Ciencias Espaciales, Boulder, EE.UU.); E. Da Cunha (Escuela de Investigación de Astronomía y Astrofísica, Universidad Nacional de Australia, Canberra, Australia; Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne, Hawthorn, Australia); E. Daddi (Laboratorio AIM, CEA/DSM-CNRS-Universidad París Diderot, Orme des Merisiers, Francia); J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile); R.J. Ivison (Observatorio Europeo Austral, Garching - Múnich, Alemania; Instituto de Astronomía, Universidad de Edimburgo, Edimburgo, Reino Unido); D.A. Riechers (Universidad Cornell, 220 Edificio de Ciencias del Espacio, Ithaca, EE.UU.); I. Smail (Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Durham, Reino Unido); A.M. Swinbank (Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Durham, Reino Unido), A. Weiss (Instituto Max Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania); T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Chile); R. Bacon (Universidad Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia); E. Bell (Departamento de Astronomía, Universidad de Michigan, EE.UU.); F. Bertoldi (Instituto Argelander de Astronomía, Universidad de Bonn, Bonn, Alemania); P. Cortes (Observatorio Conjunto ALMA - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Centro de Operaciones Científicas Pete V. Domenici, EE.UU.); P. Cox (Observatorio Conjunto ALMA - ESO, Santiago, Chile); J. Hodge (Observatorio de Leiden, Leiden, Países Bajos); E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaíso, Chile); H. Inami (Universidad Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia); L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile); A. Karim (Instituto Argelander de Astronomía, Universidad de Bonn, Bonn, Alemania); B. Magnelli (Instituto Argelander de Astronomía, Universidad de Bonn, Bonn, Alemania); K. Ota (Instituto Kavli de Cosmología, Universidad de Cambridge, Cambridge, Reino Unido; Laboratorio Cavendish, Universidad de Cambridge, Reino Unido); G. Popping (Observatorio Europeo Austral, Garching - Múnich, Alemania); P. van der Werf (Observatorio de Leiden, Leiden, Países Bajos); J. Wagg (Organización SKA, Cheshire, Reino Unido); Y. Fudamoto (Observatorio Europeo Austral, Garching - Múnich, Alemania; Observatorio Universitario de Múnich, Múnich, Alemania); D. Elbaz (Laboratorio AIM, CEA/DSM-CNRS-Universidad París Diderot, Francia); S. Chapman (Universidad Dalhousie, Halifax, Nueva Escocia, Canadá); L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, España); H.W. Rix (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania); Mark Sargent (Centro de Astronomía, Universidad de Sussex, Brighton, Reino Unido); Arjen van der Wel (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania).

K. Sheth (Sede Central de la NASA, Washington DC, EE.UU.); Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Francia); O. Le Fèvre (Universidad Aix Marseille, Laboratorio de Astrofísica de Marsella, Marsella, Francia); M. Dickinson (Observatorio Steward, Universidad de Arizona, EE.UU.); R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile); I. Labbé (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos); S. Wilkins (Centro de Astronomía, Universidad de Sussex, Brighton, Reino Unido); J.S. Dunlop (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); R.J. McLure (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); A.D. Biggs (ESO, Garching, Alemania); J.E. Geach (Universidad de Hertfordshire, Hatfield, Reino Unido); M.J. Michałowski (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); W. Rujopakarn (Universidad Chulalongkorn, Bangkok, Tailandia); E. van Kampen (ESO, Garching, Alemania); A. Kirkpatrick (Universidad de Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.); A. Pope (Universidad de Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.); D. Scott (Universidad de British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canadá); T.A. Targett (Universidad del Estado de Sonoma, Rohnert Park, California, EE.UU.); I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, México); J.E. Austermann (Grupo de Dispositivos Cuánticos NIST, Boulder, Colorado, EE.UU.); P.N. Best (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); V.A. Bruce (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); E.L. Chapin (Astronomía y Astrofísica Herzberg, Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Victoria, Canadá); S. Charlot (Universidades de la Sorbona, UPMC-CNRS, UMR7095, Instituto de Astrofísica de París, París, Francia); M. Cirasuolo (ESO, Garching, Alemania); K.E.K. Coppin (Universidad de Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido); R.S. Ellis (ESO, Garching, Alemania); S.L. Finkelstein (Universidad de Texas en Austin, Austin, Texas, EE.UU.); C.C. Hayward (Instituto Tecnológico de California, Pasadena, California, EE.UU.); D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, México); S. Khochfar (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); M.P. Koprowski (Universidad de Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido); D. Narayanan (Colegio Haverford, Haverford, Pensilvania, EE.UU.); C. Papovich (Universidad Texas A & M, College Station, Texas, EE.UU.); J.A. Peacock (Universidad de Edimburgo, Real Observatorio, Edimburgo, Reino Unido); B. Robertson (Universidad de California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, EE.UU.); T. Vernstrom (Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Toronto, Toronto, Ontario, Canadá); G.W. Wilson (Universidad de Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.) y M. Yun (Universidad de Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.).

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán (NSC, National Science Council), y por el NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute).

La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, Observatorio Astronómico Nacional de Japón) en Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (Observatorio Conjunto ALMA, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el E-ELT (European Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1633.