ALMA explora el Campo Ultra Profundo del Hubble

Imagen de concentración de galaxias ricas en monóxido de carbono obtenida por ALMA (naranja) en el campo ultraprofundo del Hubble. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble.

Equipos internacionales de astrónomos usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para explorar la remota área del Universo plasmada por primera vez en la emblemática imagen del llamado Campo Ultra Profundo del Hubble (HUDF, en su sigla en inglés).

Las nuevas observaciones de ALMA, considerablemente más profundas y detalladas que las observaciones realizadas anteriormente en longitudes de onda milimétricas, revelaron la abundante y hasta ahora desconocida distribución de gas incubador de estrellas en distintas épocas, y de esa forma aportaron nueva información sobre la “Edad de Oro” de los procesos de formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años.

Los investigadores presentaron sus hallazgos en la conferencia “Half a Decade of ALMA” (“Media Década de ALMA”), celebrada en Palm Springs (California, EE.UU.). Los resultados de este estudio también han sido aceptados para ser publicados en ocho artículos científicos.

Al igual que en las pioneras observaciones de campo profundo realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de NASA y ESA, los científicos usaron ALMA para escrutar un área aparentemente insignificante del cosmos en una llamada búsqueda ciega. Se trata de una observación en la que se explora una región al azar en vez de apuntar hacia un objeto determinado, como una galaxia o una nebulosa incubadora de estrellas.

“Realizamos la primera búsqueda totalmente ciega y tridimensional de gas frío en el Universo joven”, señala Chris Carilli, astrónomo de Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) en Socorro (Nuevo México, EE.UU.), quien forma parte de uno de los equipos de investigación. “Descubrimos una población de galaxias que no es evidente en ninguna otra observación de campo profundo”.

A diferencia del telescopio Hubble, que estudia la luz visible e infrarroja emitida por objetos cósmicos luminosos como las estrellas y galaxias, ALMA capta la débil luz emitida en longitudes de onda milimétricas por nubes de polvo y gas de las que se alimentan las estrellas cuando se forman. La capacidad de ALMA para ver una porción totalmente diferente del espectro electromagnético permite a los astrónomos estudiar otros tipos de objetos astronómicos como las nubes incubadoras masivas y los discos protoplanetarios, así como objetos demasiado tenues para ser observados en luz visible.

Las nuevas observaciones de ALMA se programaron específicamente para detectar galaxias ricas en monóxido de carbono (CO), una molécula característica de las áreas donde hay gas molecular abundante y que constituyen el entorno ideal para la formación de estrellas. Pese a dar nacimiento a estrellas y galaxias, estas nubes de gas molecular son invisibles para el telescopio Hubble. Solo ALMA puede revelar la “otra mitad” del proceso de formación y evolución de galaxias que allí ocurre.

Imagen tridimensional del potencial de formación estelar en el cosmos. Crédito: R. Decarli (MPIA); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Las nuevas observaciones del HUDF realizadas con ALMA comprenden dos tipos de datos distintos pero complementarios: observaciones en continuo, que revelan las emisiones de polvo y la formación de estrellas, y observaciones de líneas espectrales, que analizan el gas molecular frío que alimenta los proceso de formación estelar. Las líneas espectrales son particularmente valiosas porque incluyen información sobre el grado de corrimiento al rojo de la luz de objetos distantes por el efecto de la expansión del Universo. Mientras mayor sea el corrimiento al rojo, más lejos se encuentra el objeto, tanto en términos de distancia como de tiempo.

Con las nuevas observaciones, los astrónomos crearon un mapa tridimensional de gas incubador de estrellas y su evolución en el tiempo cósmico desde el presente hasta hace unos 2.000 millones de años después del Big Bang.

“Los nuevos resultados de ALMA delatan un rápido aumento en el gas contenido en las galaxias al mirar más atrás en el tiempo”, señala Manuel Aravena, astrónomo de la Universidad Diego Portales, en Santiago (Chile), quien también forma parte de uno de los equipos de investigación. “Este aumento en el contenido de gas es probablemente la causa del notorio incremento en la tasa de formación estelar durante la época de mayor actividad de formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años”.

Los astrónomos eligieron hacer su observación en el HUDF, una región de la constelación de Fornax, para que los telescopios terrestres ubicados en el hemisferio sur, como ALMA, también pudieran explorar la región y, de esa forma, contribuyeran a aumentar nuestro conocimiento del Universo distante.

ALMA observó el HUDF por un total de aproximadamente 50 horas hasta ahora, siendo el área del cielo que más tiempo de observación ha ocupado con este radio telescopio. La futura campaña de observación de 150 horas, llamada “Observación Espectroscópica con ALMA en el HUDF” (ASPECS, por su sigla en inglés), que ya ha sido aprobada, abarcará de manera profunda un área mucho más amplia y aportará información nueva sobre la posible historia de formación estelar en el Universo.

“Al complementar nuestra comprensión de este material incubador de estrellas ausente, el futuro estudio espectroscópico completará la información que tenemos sobre galaxias bien conocidas del emblemático campo ultraprofundo Hubble”, afirma Fabian Walter, también del MPIA y miembro del equipo de investigación.

El artículo “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field” será publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Los artículos “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for [CII] line and dust emission in 6<z<8 galaxies”, “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: implications for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular gas reservoirs in high-redshift galaxies”, “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO luminosity functions and the evolution of the cosmic density of molecular gas”, “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”, “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey description” y “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” serán publicados en The Astrophysical Journal.

Fuente: ALMA