Espectros en 3D del universo profundo

El instrumento MUSE, un espectrógrafo 3D instalado en el Very Large Telescope de ESO (Observatorio Austral Europeo), ha proporcionado a los astrónomos la mejor visión tridimensional del universo profundo lograda hasta el momento.

Tras observar minuciosamente la región sur del Campo Profundo del telescopio Hubble (imagen de una pequeña región en la constelación Osa Mayor) durante tan sólo 27 horas, las nuevas observaciones revelan las distancias, los movimientos y otras propiedades de muchas más galaxias de las que hasta ahora se habían visto en este pedacito de cielo. MUSE también revela la presencia de objetos que no se habían visto antes.

Tomando imágenes de muy larga exposición de diversas regiones del cielo, los astrónomos han creado muchos campos profundos que han desvelado abundante información sobre el universo temprano. El más famoso fue el Campo Profundo del Hubble (Hubble Deep Field), llevado a cabo, durante varios días, por el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA (Agencia Espacial Europea) a finales de 1995. Esta icónica y espectacular imagen transformó rápidamente nuestra comprensión del universo joven. Dos años más tarde, le siguió una imagen similar del cielo austral, el Campo Profundo Sur del Hubble.

Pero estas imágenes no respondían a todas las respuestas. Para averiguar más acerca de las galaxias observadas en las imágenes de campo profundo, los astrónomos tuvieron que mirar cuidadosamente cada una de ellas con otros instrumentos, un trabajo lento y difícil. Pero ahora, por primera vez, el nuevo instrumento MUSE puede hacer los dos trabajos al mismo tiempo (y mucho más rápido).

Una de las primeras observaciones con MUSE, tras su puesta a punto en el VLT en 2014, fue una difícil y prolongada mirada al Campo Profundo Sur del Hubble (HDF-S, Hubble Deep Field South). Los resultados superaron las expectativas.

«Después de tan sólo unas horas de observaciones con el telescopio, echamos un vistazo a los datos y vimos muchas galaxias: fue muy alentador. Y cuando regresamos a Europa empezamos a estudiar los datos de forma más detallada. Era como pescar en aguas profundas, y cada nueva captura generaba mucha emoción y discusiones sobre las especies que íbamos encontrando», explica en la nota de prensa de ESO Roland Bacon (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Francia), investigador principal del instrumento MUSE y responsable del equipo encargado de su puesta a punto.

Espectro

Para cada parte de la visión de MUSE del HDF-S no hay solamente un píxel en una imagen, sino también un espectro que revela la intensidad de los diferentes colores que componen la luz en ese punto: unos 90.000 espectros en total (cada espectro abarca un rango de longitudes de onda que va de la parte azul del espectro hasta el infrarrojo cercano). Estos pueden revelar la distancia, la composición y los movimientos internos de centenares de galaxias distantes; así como captar un pequeño número de estrellas muy débiles en la Vía Láctea.

Aunque el tiempo de exposición total era mucho más corto que para las imágenes de Hubble, los datos de MUSE del HDF-S revelaron la presencia, en este pequeño trozo del cielo, de más de veinte objetos muy débiles que Hubble no había detectado.

«La emoción más grande vino cuando encontramos galaxias muy lejanas que no eran visibles ni siquiera en la imagen más profunda del Hubble. Después de tantos años de duro trabajo con el instrumento, para mí fue una experiencia muy intensa poder ver cómo nuestros sueños se hacían realidad», añade Bacon.

Observando cuidadosamente todos los espectros de las observaciones de MUSE en el HDF-S, el equipo midió las distancias a 189 galaxias. Oscilaban entre algunas relativamente cercanas, a algunas que fueron vistas cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Esto es más de diez veces el número de mediciones de distancia que existían antes para esta zona del cielo.

Para las galaxias más cercanas, MUSE puede hacer mucho más y detectar las diferentes propiedades de sus partes. Eso revela cómo gira la galaxia y cómo otras propiedades varían de un lugar a otro. Se trata de una información muy importante para comprender cómo evolucionan las galaxias a través del tiempo cósmico.

Futuras exploraciones

«Ahora que hemos demostrado las capacidades únicas de MUSE para explorar el universo profundo, vamos a mirar otros campos profundos, como el Campo Ultra Profundo del Hubble. Podremos estudiar miles de galaxias y descubrir nuevas galaxias extremadamente débiles y distantes. Estas pequeñas galaxias en edad infantil, vistas tal y como eran hace más de diez mil millones de años, crecieron gradualmente para convertirse en galaxias como la Vía Láctea que vemos hoy en día», concluye Bacon.

MUSE es particularmente sensible a los objetos que emiten la mayor parte de su energía en unas longitudes de onda particulares, que se muestran como puntos brillantes en los datos. Las galaxias del universo temprano suelen tener tales espectros, ya que contienen hidrógeno en forma de gas que brilla bajo la radiación ultravioleta de estrellas jóvenes calientes.

Referencia bibliográfica:

R. Bacon, J. Brinchmann, J. Richard, T. Contini, A. Drake, M. Franx, S. Tacchella, J. Vernet, L. Wisotzki, J. Blaizot, N. Bouché, R. Bouwens, S. Cantalupo, C. M. Carollo, D. Carton, J. Caruana, B. Clément, S. Dreizler, B. Epinat, B. Guiderdoni, C. Herenz, T.-O. Husser, S. Kamann, J. Kerutt, W. Kollatschny, D. Krajnovic, S. Lilly, T. Martinsson, L. Michel-Dansac, V. Patricio, J. Schaye, M. Shirazi, K. Soto, G. Soucail, M. Steinmetz, T. Urrutia, P. Weilbacher, T. de Zeeuw: The MUSE 3D view of the Hubble Deep Field South. Astronomy & Astrophysics (2015). DOI: 10.1051/0004-6361/201425419.