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El complejo ALMA comienza a observar el universo invisible

El complejo ALMA comienza a observar el universo invisible

La instalación del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA, acaba de completarse en los Andes chilenos. Se trata de un complejo de 66 radiotelescopios de 7 y 12 metros de diámetro destinados a observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, que al detectar luz invisible para el ojo humano, darán detalles nunca vistos sobre las estrellas, las galaxias y los planetas. ALMA ya ha revelado que los estallidos de formación estelar más potentes del cosmos tuvieron lugar mucho antes de lo que se pensaba.

El complejo ALMA comienza a observar el universo invisible

Ayer, en un remoto rincón de los Andes chilenos, fue inaugurado oficialmente ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Se trata de un interferómetro revolucionario que comprende un conjunto de 66 radiotelescopios de 7 y 12 metros de diámetro destinados a observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.

Este evento marca la finalización de la instalación de todos los sistemas principales de telescopios gigantes y la transición formal de un proyecto en construcción a un observatorio totalmente capacitado. ALMA es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental en cooperación con la República de Chile.

ALMA está financiado en Europa por ESO. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en Estados Unidos, por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).

El presidente de Chile, Sebastián Piñera, declaró, según la nota de prensa de ESO: “Uno de nuestros muchos recursos naturales es el espectacular cielo nocturno de Chile. Estoy muy orgulloso de nuestras colaboraciones internacionales en astronomía, de las cuales ALMA es el mayor resultado y el más reciente”.

El conjunto de 66 antenas de ALMA se completó recientemente con la llegada del último lote de siete, que están pasando su periodo de pruebas antes de entrar en operación. El telescopio ya ha proporcionado vistas sin precedente del cosmos con solo una parte instalada del conjunto de antenas.

Capaz de observar el universo detectando un rango de luz invisible para el ojo humano, ALMA nos mostrará detalles antes nunca vistos del nacimiento de las estrellas, galaxias jóvenes en el universo temprano y planetas formándose alrededor de soles distantes. También podrá descubrir y medir la distribución de las moléculas — muchas de ellas, esenciales para la vida — que se forman en el espacio que hay entre las estrellas.

Historia del proyecto

El observatorio fue concebido como tres proyectos independientes en Europa, Estados Unidos de América y Japón en la década de 1980 y se fusionaron en uno en los 90. La construcción comenzó en el año 2003. El coste total de la construcción de ALMA es de unos 1.100 millones de euros, de los cuales ESO aporta el 37.5%.

El conjunto de antenas de ALMA, 54 de 12 metros y 12 más pequeñas de 7 metros, trabaja como un único telescopio. Cada antena recoge la radiación proveniente del espacio y la enfoca a un receptor. Las señales de las antenas se juntan y se procesan en un supercomputador especializado: el correlador de ALMA. Las 66 antenas de ALMA pueden situarse en diferentes configuraciones, en las que la distancia máxima entre las antenas puede variar de 150 metros a 16 kilómetros.

Con motivo de la inauguración se ha publicado un vídeo de 16 minutos bajo el título de ALMA — En busca de nuestros orígenes cósmicos, un libro de fotos, un folleto sobre la etnoastronomía de la zona y otros dos folletos sobre el proyecto y la contribución de los que lo han llevado a cabo.

El complejo ALMA comienza a observar el universo invisible

Los primeros descubrimientos de ALMA

Incluso antes de completarse su instalación, ALMA ya ha producido importantes descubrimientos astronómicos. Observaciones llevadas a cabo en el complejo chileno muestran que los estallidos de formación estelar más potentes del cosmos tuvieron lugar mucho antes de lo que se pensaba. Los resultados se han publicado en un conjunto de artículos que aparecen en la revista Nature el 14 de marzo de 2013, y en la revista Astrophysical Journal.

Se cree que los estallidos de formación estelar más intensos tuvieron lugar en el universo temprano en galaxias masivas y brillantes. Estas galaxias con estallidos de formación estelar convierten vastas reservas de gas y polvo cósmicos en nuevas estrellas a un ritmo frenético — muchos cientos de veces más rápido que en imponentes galaxias espirales como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Si miramos hacia el espacio lejano, a galaxias tan distantes que su luz ha tardado muchos miles de millones de años en llegar hasta nosotros, los astrónomos pueden observar ese periodo activo de la juventud del Universo.

“Cuanto más lejos está la galaxia, más atrás miramos en el tiempo, por lo que, midiendo sus distancias podemos componer una cronología de cuán vigoroso era el Universo generando nuevas estrellas en las diferentes etapas de sus 13.700 millones de historia”, afirma en una nota de prensa de ESO Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), quien ha liderado el equipo y es el autor principal del artículo de la revista Nature.

El equipo internacional de investigadores descubrió primero estas distantes y enigmáticas galaxias con estallidos de formación estelar con el telescopio de diez metros SPT (South Pole Telescope) de la Fundación Nacional para la Ciencia de los Estados Unidos y, posteriormente, utilizó ALMA para obtener una visión más cercana y explorar el “baby boom” estelar en el universo joven. Se sorprendieron al encontrar que muchas de estas galaxias polvorientas con formación estelar están aún más lejos de lo esperado. Esto significa que, en proporción, los estallidos de formación estelar tuvieron lugar hace unos doce mil millones de años, cuando el universo tenía menos de dos mil millones de años: mil millones de años antes de lo que se pensaba.

Dos de estas galaxias son las más lejanas de su tipo jamás descubiertas: tan lejanas que su luz comenzó su viaje cuando el Universo solo tenía mil millones de años. Es más, entre los récords que se han batido, se halla el hecho de que se han encontrado moléculas de agua, siendo las observaciones de agua en el cosmos más distantes jamás publicadas hasta el momento.

La sensibilidad de ALMA

El equipo utilizó la sensibilidad sin igual de ALMA para captar la luz de 26 de esas galaxias en longitudes de onda de alrededor de tres milímetros. La luz en determinadas longitudes de onda se produce por las moléculas de gas de estas galaxias, y las longitudes de onda se desplazan debido a la expansión del universo a lo largo de los miles de millones de años que tarda la luz en llegar a nosotros. Midiendo el desplazamiento de la longitud de onda, los astrónomos pueden calcular el tiempo que ha tardado la luz en llegar y situar cada galaxia en el punto correcto de la historia del cosmos.

“La sensibilidad de ALMA y el amplio rango de longitudes de onda nos permiten hacer medidas en pocos minutos por cada galaxia — unas cien veces más rápido que antes”, afirma Axel Weiss (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania), quien lideró el trabajo para medir las distancias a las galaxias. “Antes, una medida de este tipo habría sido un trabajo laborioso de combinación de datos de dos tipos de telescopios, uno del rango visible-infrarrojo y otro de ondas de radio”.

En la mayoría de los casos, las observaciones de ALMA por sí solas pueden precisar las distancias, pero para unas pocas galaxias el equipo combinó los datos de ALMA con medidas de otros telescopios, incluyendo APEX (Atacama Pathfinder Experiment) y el VLT (Very Large Telescope) de ESO.

El fenómeno de lentes gravitatorias

Los astrónomos utilizaban solo una parte del conjunto de antenas, 16 de las 66 totales, ya que el observatorio estaba aún en construcción. Una vez completado, ALMA es aún más sensible, y podrá detectar galaxias incluso más débiles. Por ahora, los astrónomos localizaron las más brillantes. También tuvieron ayuda de la naturaleza: pudieron utilizar el fenómeno de lentes gravitatorias, un efecto predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein en el que la luz de una galaxia distante se distorsiona por la influencia gravitatoria de una galaxia de fondo cercana, que actúa como una lente y hace que la fuente distante aparezca más brillante.

Para comprender con precisión hasta qué punto esta lente gravitatoria había aumentado el brillo de las galaxias, el equipo tomó imágenes más precisas de las mismas utilizando ALMA en longitudes de onda de unos 0,9 milímetros.

«Estas hermosas imágenes de ALMA muestran las galaxias de fondo torcidas en múltiples arcos de luz conocidos como anillos de Einstein, rodeando a las galaxias que están delante», dice Yashar Hezaveh (Universidad McGill, Montreal, Canadá), quien lideró el estudio de las lentes gravitatorias. “Estamos utilizando la ingente cantidad de materia oscura que rodea a las galaxias que están a mitad de camino en el universo como telescopios cósmicos para hacer que las galaxias aún más alejadas parezcan más grandes y más brillantes”.

El análisis de la distorsión revela que algunas de las galaxias con formación estelar brillan tanto como 40 millones de millones de Soles, y la lente gravitatoria las ha aumentado más de 22 veces.

“Solo unas pocas galaxias de las observadas con este efecto de lente gravitatoria habían sido detectadas antes en esas longitudes de onda submilimétricas, pero ahora SPT y ALMA han descubierto docenas de ellas”, declaró Carlos De Breuck (ESO), miembro del equipo. “Este tipo de ciencia ya había sido hecha anteriormente sobre todo en longitudes de onda del rango visible con el telescopio espacial Hubble, pero nuestros resultados demuestran que ALMA es un nuevo y potente jugador en este campo”.

Referencias bibliográficas:

J. D. Vieira et al.: Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing. Nature (2013).

A. Weiss et al.: ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies. Astrophysical Journal.

Y. Hezaveh et al.: ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies. Astrophysical Journal.

RedacciónT21

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