La detección de la galaxia más lejana: el final de las «edades oscuras»

Un equipo franco-británico de astrónomos (1), dirigido por tres científicos del CNRS, ha determinado recientemente la distancia de las más lejanas galaxias observadas hasta la fecha. Para ello, utilizaron el Very Large Telescope de la ESO.Mediante un cuidadoso análisis a la luz extremadamente tenue proveniente de la galaxia, que llegó a la conclusión de que el Universo en el momento de la emisión observada de la galaxia era alrededor de 600 millones de años. Esta es la primera vez que los astrónomos han sido testigos del momento en que, a través de re-ionización, el universo pasó de la etapa de las «edades oscuras» a la del universo transparente, en otras palabras luminosas. Estas observaciones sugieren que la radiación procedente de las galaxias vecinas ayudó a disipar la niebla que rodea el hidrógeno opaco que impedía que la luz se escape y llegue a la Tierra después de un viaje de 13 años millones de dólares. Este trabajo se publica en la revista Nature del 21 de octubre de 2010.

» Utilizando el Telescopio Muy Grande de ESO, que han confirmado que una galaxia que se encuentra previamente con el Telescopio Espacial Hubble (NASA-ESA), fue el objeto más distante jamás observado en el Universo hasta la fecha «, dice Matt Lehnert, investigador en el Laboratorio» Las galaxias, Etoiles, el físico, Instrumentación «(Observatorio de París / CNRS / Université Paris Diderot) y autor principal del artículo. » El poder del VLT y su espectrógrafo SINFONI nos permitieron medir la distancia a esta galaxia muy débil con precisión. Nuestras conclusiones son que lo estamos viendo cuando el universo tenía menos de 600 millones de años . «

El estudio de estas primeras galaxias es extremadamente difícil: son muy débiles y muy pequeñas y, antes de su luz llega a la Tierra, la expansión del universo provoca un desplazamiento hacia la parte infrarroja del espectro. Para empeorar las cosas, menos de mil millones de años después del Big Bang el Universo no era del todo transparente: se llenó de una «niebla» de hidrógeno que absorbe la radiación ultravioleta emitida, como es el caso, por las galaxias jóvenes (2). A pesar de estos obstáculos, la nueva cámara de amplio campo instalado a bordo de la NASA / ESA Telescopio Espacial Hubble (HST) el año pasado descubrió varios objetos que bien podrían ser las galaxias que irradian en las primeras épocas del Universo, con corrimientos al rojo superiores a 8. Confirmación de las distancias de objetos tan tenues y distantes es un reto enorme, que sólo puede se reunió hoy con los espectrógrafos de equipamiento de los grandes telescopios terrestres (3). Lehnert, explica: » Tras el anuncio de los candidatos galaxias detectadas por el Hubble, hemos hecho un cálculo rápido y convencidos de que el poder del VLT (4), junto con un tiempo de observación muy largo que nos permitirá detectar la luz extremadamente tenue de un de estas galaxias muy lejanas y para medir su distancia . «

Después de observar esta galaxia durante 16 horas y el análisis de los datos de 2 meses usando el software que habían desarrollado, los investigadores llegaron a la conclusión de que habían detectado claramente la luz muy tenue de hidrógeno con un corrimiento al rojo de 8,6. Esta distancia hace que esta galaxia en el objeto más distante jamás detectado por espectroscopia.Nicole Nesvadba, del Instituto de Astrofísica Espacial (CNRS / Université Paris-Sud 11), resume el logro: » El procesamiento de los datos fue una tarea colosal. Hemos realizado muchas pruebas para despejar las dudas y asegurarse de la exactitud de nuestra detección. Es la primera vez que tenemos la certeza de que estamos observando una de las galaxias que atravesaron a través de la niebla que llenaba al Universo desde el Big Bang «.

Los científicos se sorprendieron de que la luz de esta galaxia, llamada UDFy-38135539, no parece lo suficientemente fuerte como para disipar la niebla de hidrógeno que lo rodea por su propia cuenta. » Tiene que haber otras galaxias, probablemente más débil, menos masivas y muy cerca de UDFy-38135539, que también han contribuido a que el espacio alrededor de esta galaxia transparente. De lo contrario, la luz de la galaxia habría sido absorbida por la niebla de hidrógeno circundante y nosotros no habría sido capaz de detectarlo «, explica Mark Swinbank, investigador de la Universidad de Durham.

Como Jean-Gabriel Cuby del Laboratorio de Astrofísica de Marsella (CNRS / Université de Provence), señala: » El estudio de la época de la reionización y la formación de galaxias está impulsando las posibilidades de los telescopios e instrumentos existentes, ya sea terrestre o en el espacio, a sus propios límites, pero este tipo de problema científico, precisamente, podría abordarse con los instrumentos muy grandes en el futuro, como la Europea de la ESO del Telescopio Extremadamente Grande (E-ELT), Santiago de la NASA-ESA Webb Space Telescope (JWST ) o la gran ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) interferómetro «.

 

Señal del rayo de hidrógeno ionizado Ly-alfa detectada por el VLT después del 16 de horas de exposición


© ESO. / NPH Nesvadba (Université Paris-Sud 11 / CNRS), et al.

Señal del rayo de hidrógeno ionizado Ly-alfa detectada por el VLT después del 16 de horas de exposición. Este rayo fue emitida en el ultravioleta. Su cambio hacia el infrarrojo cercano es debido a la lejanía de la galaxia. 
(traducción Leyenda: rayos Lya hidrógeno con corrimiento al rojo de z = 8,56 de longitud de onda de flujo [m].).


 

 

UDFy-38135539 galaxia


© NASA / cortesía de nasaimages.org

Esta imagen infrarroja, tomada con el Hubble (NASA-ESA), muestra a la galaxia UDFy-38135539, cuyo desplazamiento hacia el rojo ha sido recientemente medidos por Lehnert y sus colaboradores. La galaxia está indicado con una flecha blanca.


 

Notas:

1 – Han contribuido a este trabajo son: el Laboratorio «Galaxies, Etoiles, el físico, Instrumentación» (Observatorio de París / CNRS / Université Paris Diderot), el Instituto de Astrofísica Espacial (CNRS / Université Paris-Sud 11), el Laboratoire d ‘Astrofísica de Marsella (CNRS / Université de Provence), la Universidad de Durham, el Centro Tecnológico de Astronomía de Edimburgo y la Universidad de Bristol. 
2 – Cuando el Universo se enfrió después del Big Bang alrededor de 13.7 mil millones de años, los electrones y protones se combinan para formar gas de hidrógeno. Este gas es el principal componente del Universo durante el período conocido como la «Edad Oscura», cuando no hay objetos emisores de luz existentes. Esta fase llegó a su fin cuando se formaron las primeras estrellas, su intensa radiación ultravioleta se rompió una vez más los átomos de hidrógeno en electrones y protones, con lo que el Universo transparente. Esto se conoce como la época de la reionización. Este período duró alrededor de 150 a 800 millones años después del Big Bang. La comprensión de cómo se llevó a cabo la re-ionización y cómo las primeras galaxias se formaron y evolucionaron es uno de los principales retos de la cosmología contemporánea. 
3 – Los astrónomos tienen dos maneras de encontrar la mayor cantidad de galaxias lejanas y medir sus distancias. Se toman imágenes de los campos son muy profundas con filtros de color diferentes y miden la luminosidad de una serie de objetos en longitudes de onda diferentes. Luego comparan estos objetos con lo que se prevé para las galaxias de diferentes tipos y en diferentes períodos de la historia del Universo. Este método, el único que permite el descubrimiento de galaxias muy lejanas, es utilizado por el equipo del telescopio espacial Hubble. Sin embargo, esta técnica no siempre es confiable. Por ejemplo, lo que podría ser una galaxia muy lejana a veces puede llegar a ser una estrella fría que pertenece a nuestra propia Vía Láctea. Una vez que los candidatos se han encontrado, sus distancias necesario determinar de una manera más fiable. Esto puede hacerse por romper la luz procedente del objeto y de la firma de los elementos presentes en la galaxia huésped, tal como hidrógeno, deduciendo sus turnos en comparación con los espectros de referencia y, en consecuencia, la distancia de la galaxia observada. Este enfoque espectroscópica es la única manera para que los astrónomos para obtener las mediciones de distancia más fiables y exactos. 
4 – a saber, su capacidad de recolección de fotones.

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