Los científicos usan la galaxia como ‘telescopio espacial’ para estudiar el universo primitivo

El nuevo instrumento único, combinado con un poderoso telescopio y un poco de ayuda de la naturaleza, les ha dado a los investigadores un vistazo a la guardería galáctica en el corazón del joven universo. Después del Big Bang hace unos 13.800 millones de años, el universo primitivo se llenó de enormes nubes de gas neutro difuso conocidas como Damped Lyman-α, o sistemas DLA. Estos DLA sirvieron como viveros galácticos a medida que los gases en su interior se condensaban lentamente, alimentando la formación de estrellas y galaxias. Todavía se pueden observar hoy en día, pero no es fácil.

«DLA es la clave para comprender cómo se forman las galaxias en el universo, pero tienden a ser difíciles de observar porque las nubes están demasiado dispersas y no emiten luz», dice Rongmon Bordoloy, profesor asistente de física en el estado de Carolina del Norte. Universidad.

Actualmente, los astrofísicos están utilizando cuásares (agujeros negros supermasivos emisores de luz) como «retroiluminación» para detectar nubes DLA. Y aunque este método permite a los investigadores determinar la ubicación de los DLA, la luz de los cuásares solo actúa como pequeños pinchos que se clavan a través de la nube masiva, lo que dificulta los esfuerzos para medir su tamaño y masa total.

Pero Bordoloi y John O’Meara, científico jefe del Observatorio W. M. Keck en Kamuela, Hawái, encontraron una forma de solucionar el problema utilizando una galaxia con una lente gravitatoria y espectroscopia de campo integral para observar los dos DLA, y las galaxias anfitrionas dentro. que se formó hace unos 11 mil millones de años, poco después del Big Bang.

“Las galaxias con lentes gravitacionales son galaxias que parecen estiradas y más brillantes”, dice Bordoloi. “Esto se debe a que hay una estructura gravitacional masiva frente a la galaxia que desvía la luz que proviene de ella mientras viaja hacia nosotros. Entonces terminamos mirando una versión ampliada del objeto, es como usar un telescopio espacial, que amplifica la ampliación y nos brinda una mejor visualización. La ventaja aquí es doble: primero, el objeto de fondo se extiende por el cielo y es brillante, por lo que es fácil tomar lecturas de espectro en diferentes partes del objeto. En segundo lugar, debido a que la lente expande el objeto, puede examinar escalas muy pequeñas. Por ejemplo, si el tamaño es de un año luz, podemos estudiar pequeños fragmentos con una precisión muy alta”.

Las lecturas de espectro permiten a los astrofísicos «ver» elementos en el espacio profundo que son invisibles a simple vista, como DLA gaseosos difusos y galaxias potenciales dentro de ellos. Por regla general, la recopilación de pruebas es un proceso largo y laborioso. Pero el equipo resolvió este problema realizando una espectroscopia de campo integrada con Keck Cosmic Web Imager.

La espectroscopia de campo integral permitió a los investigadores obtener un espectro para cada píxel individual de la parte del cielo a la que apunta, lo que hizo que la espectroscopia de un objeto extendido en el cielo fuera muy eficaz. Esta innovación, combinada con una galaxia estirada y brillante con lentes gravitacionales, permitió al equipo mapear el gas difuso DLA en el cielo con gran precisión. Con este método, los investigadores pudieron determinar no solo el tamaño de los dos DLA, sino también que ambos contienen galaxias anfitrionas.

“Durante la mayor parte de mi carrera, he estado esperando esta combinación: un telescopio e instrumento lo suficientemente poderosos, y la naturaleza nos ha brindado la oportunidad de estudiar no uno, sino dos DLA de una manera nueva y única”, dice O’Meara.  “Es genial ver que la ciencia está dando frutos”.

Los DLA son enormes. Con un diámetro de más de 17,4 kiloparsecs, tienen más de dos tercios del tamaño de la galaxia moderna, la Vía Láctea. A modo de comparación, hace 13 mil millones de años, una galaxia típica habría tenido un diámetro de menos de 5 kiloparsecs. Un parsec equivale a 3,26 años luz, y un kiloparsec equivale a 1.000 parsecs, por lo que la luz tardará unos 56.723 años en viajar a través de cada DLA.

“Pero para mí, lo más sorprendente de los DLA que hemos observado es que no son únicos: parecen tener similitudes en la estructura, se han encontrado galaxias anfitrionas en ambos y sus masas indican que contienen suficiente combustible. la próxima generación. formación estelar, dice Bordoloy. «Con esta nueva tecnología a nuestra disposición, podremos observar más profundamente cómo se formaron las estrellas en el universo primitivo».

El trabajo ha sido publicado en la revista  Nature.

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