El telescopio más poderoso del mundo en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas comienza sus operaciones científicas y muestra su primera imagen

Las Galaxias Antennae en una imagen compuesta del ALMA y el telescopio Hubble. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope

El observatorio astronómico terrestre más complejo del mundo, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), abrió oficialmente sus puertas a los astrónomos. La primera imagen revelada por este telescopio, que aún se encuentra en construcción, ofrece una vista del Universo imposible de obtener con los telescopios que observan luz visible e infrarroja. Miles de científicos de todo el mundo han competido para estar entre los primeros investigadores que podrán explorar algunos de los más oscuros, fríos y ocultos secretos del cosmos con esta nueva herramienta astronómica.

Alrededor de un tercio de las 66 antenas de radio previstas de ALMA –por ahora ubicadas a solo 125 metros de distancia entre sí, aunque su separación máxima puede alcanzar los 16 kilómetros– conforman el creciente conjunto instalado actualmente a 5000 metros de altura en el llano de Chajnantor, en el norte de Chile. Pese a estar aún en construcción, ALMA ya es el mejor telescopio de su clase, como lo demuestra la extraordinaria cantidad de astrónomos que solicitó tiempo de observación con ALMA.

“Incluso en esta fase tan temprana, ALMA ya supera a todos los conjuntos submilimétricos que existen. Alcanzar este hito es un homenaje al notable esfuerzo de muchos científicos e ingenieros de regiones de todo el mundo asociadas con ALMA, quienes hicieron esto posible“, dijo Tim de Zeeuw, Director General de ESO, el socio europeo en ALMA.

ALMA observa la luz del Universo en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, aproximadamente mil veces más largas que las longitudes de onda de luz visible. La observación de estas longitudes de onda largas permite a los astrónomos estudiar objetos muy fríos en el espacio, como las densas nubes de polvo cósmico y gas donde se forman estrellas y planetas, así como objetos muy distantes en el Universo primitivo.

ALMA es completamente diferente de los telescopios ópticos e infrarrojos. Es un conjunto de antenas interconectadas que funcionan como un solo telescopio gigante, capaz de detectar longitudes de onda mucho más largas que la luz visible. Por lo tanto, las imágenes que capta son bastante distintas a las que conocemos del cosmos.

El equipo de ALMA ha trabajado intensamente en los últimos meses probando los sistemas del observatorio, preparándose para la primera ronda de observaciones científicas conocida como Ciencia Inicial. Uno de los resultados de estas pruebas es la primera imagen publicada por ALMA, si bien falta mucho para que el telescopio alcance todo su potencial. La mayoría de las observaciones utilizadas para crear esta imagen de las galaxias de las Antenas se obtuvo usando solo 12 antenas interconectadas —muchas menos de las que se usarán para las primeras observaciones científicas— y con separaciones mucho menores entre ellas, por lo cual no es más que un atisbo de lo que está por venir. A medida que el observatorio crezca y se vayan incorporando nuevas antenas, aumentará exponencialmente la precisión, eficiencia y calidad de sus observaciones [1].

Las galaxias de las Antenas son un dúo de galaxias en colisión con formas extraordinariamente distorsionadas. Mientras la observación en luz visible permite ver las estrellas de las galaxias, ALMA revela objetos invisibles en esa longitud de onda, como las densas nubes de gas frío donde se forman las estrellas [2]. Esta es la mejor imagen que se haya obtenido de las galaxias de las Antenas en ondas milimétricas y submilimétricas.

Se descubrieron concentraciones masivas de gas no solo en el corazón de ambas galaxias, sino también en la caótica zona donde entran en colisión. Allí, la cantidad de gas supera en miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, lo que constituye una rica reserva de material para las futuras generaciones de estrellas. Este tipo de observaciones abren una nueva ventana en el Universo submilimétrico, y serán vitales para ayudarnos a comprender cómo las colisiones de galaxias pueden provocar el nacimiento de estrellas. Este es sólo un ejemplo de cómo ALMA revela partes del Universo que no pueden ser observadas por los telescopios ópticos e infrarrojos.

ALMA pudo aceptar solo un centenar de proyectos para los primeros nueve meses de Ciencia Inicial. Sin embargo, más de 900 propuestas fueron presentadas por astrónomos de todo el mundo en los últimos meses. Tener nueve veces más propuestas de las que se otorgan es un récord para un telescopio. Los proyectos ganadores fueron seleccionados en base al mérito científico, la diversidad regional, y su relevancia para el logro de las grandes metas científicas de ALMA.

“Estamos viviendo un momento histórico para la ciencia, en especial para la astronomía, y tal vez también para la humanidad ya que comenzamos a usar el mayor observatorio en construcción hasta la fecha”, dijo Thijs de Graauw, Director de ALMA.

Uno de los proyectos elegidos para la Ciencia Inicial es el de David Wilner del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de Cambridge (Massachusetts). Wilner explica: “Mi equipo busca los componentes básicos de los sistemas solares, y ALMA es la mejor herramienta que existe para detectarlos”.

El objetivo elegido por el equipo es AU Microscopii, una estrella que se encuentra a 33 años-luz de distancia y tiene apenas un 1% de la edad de nuestro Sol. “Usaremos ALMA para captar imágenes del anillo donde nacen los planetesimales, el que, según creemos, orbita alrededor de esta joven estrella. Sólo con ALMA, sin embargo, podemos tener la esperanza de descubrir agrupaciones en estos cinturones de polvo y asteroides, que podrían constituir la materia prima de planetas aún no descubiertos”, agrega. Wilner y su equipo compartirán los datos obtenidos con un equipo europeo que también solicitó a ALMA realizar observaciones de esta estrella con anillo de polvo.

Cualquier búsqueda de planetas habitables alrededor de otras estrellas normalmente comienza con la búsqueda de agua en esos distantes sistemas solares. También se cree que los discos de residuos, esas aglomeraciones de polvo, gas y roca que gravitan alrededor de las estrellas, contienen intrincados trozos de hielo con agua congelada en su interior, gas y quizá incluso moléculas orgánicas, todos elementos de la astroquímica de la vida.

Simón Casassus, de la Universidad de Chile, y su equipo usarán ALMA para observar el disco de gas y polvo que rodea HD142527, una joven estrella que se encuentra a 400 años-luz de distancia. “El disco de polvo alrededor de esta estrella tiene un espacio vacío muy grande, que podría haber sido causado por la formación de planetas gigantes”, explica Casassus. “Fuera del espacio vacío, el disco contiene gas suficiente para producir una docena de planetas del tamaño de Júpiter. Si existe material gaseoso disponible, dentro de dicho espacio podría estar formándose un joven planeta gigante gaseoso”. Sus observaciones con ALMA permitirán medir la masa y las características físicas del gas presente dentro del espacio vacío. “Así, ALMA nos da la oportunidad de observar la formación de un planeta, o sus rastros más recientes”, indica Casassus.

Aún más lejos, a 26.000 años-luz de nosotros, en el centro de nuestra galaxia, se encuentra Sagittarius A*, un agujero negro supermasivo que tiene cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol. El gas y el polvo presentes entre nosotros y el agujero negro impiden observarlo con telescopios ópticos. ALMA, en cambio, es capaz de penetrar la oscuridad galáctica y proporcionarnos una impresionante vista de Sgr A*.

Heino Falcke, astrónomo de la Radboud University Nijmegen de Holanda, afirma: “ALMA nos permitirá observar las llamaradas de luz alrededor de este agujero negro supermasivo y tener imágenes de las nubes de gas atrapadas por su inmensa fuerza. Así podremos estudiar los desordenados hábitos alimentarios de ese monstruo. Creemos que parte del gas puede estar escapando de sus garras, a una velocidad cercana a la de la luz”.

Como las líneas negras de los cuadernos de los niños, el polvo cósmico y el gas frío definen las estructuras internas de las galaxias, aunque no podamos verlas claramente. En los límites de nuestro Universo visible se encuentran las misteriosas galaxias de formación estelar, verdaderas islas brillantes en un cosmos que de otra manera estaría sumido en la calma y la oscuridad. Aquí ALMA buscará rastros de gas frío, a distancias tan lejanas que se remontan a unos pocos millones de años después del Big Bang, durante la era que los astrónomos llaman “amanecer cósmico”.

Masami Ouchi, de la Universidad de Tokio (Japón), usará ALMA para observar Himiko, una galaxia muy distante que cada año genera estrellas equivalentes unos 100 Soles y que está rodeada por una nebulosa gigante y brillante. “Los demás telescopios no nos muestran por qué Himiko es tan brillante y cómo se ha desarrollado para convertirse en una enorme nebulosa caliente, cuando todo lo que la rodea está tranquilo y oscuro”, comenta Ouchi. “ALMA puede mostrarnos el gas frío presente en las profundidades de la nebulosa con formación estelar Himiko, monitoreando los movimientos y la actividad en su interior, los que finalmente nos permitirá ver cómo se formaron las galaxias masivas durante el amanecer cósmico”.

Durante las observaciones de Ciencia Inicial, la construcción de ALMA seguirá adelante en los Andes chilenos, en las alturas del llano de Chajnantor, situado en el inhóspito desierto de Atacama. Cada nueva antena, diseñada para resistir las duras condiciones climáticas, se incorporará al conjunto y se conectará a las demás mediante cables de fibra óptica. Los datos obtenidos por estas antenas, distantes entre sí, son combinados por el supercomputador más rápido del mundo, un correlacionador fabricado especialmente para ALMA, capaz de realizar 17 mil billones de operaciones por segundo [3].

En 2013, ALMA será un conjunto de 66 antenas de radio ultra precisas que trabajará al unísono en una extensión de 16 kilómetros, construido por los socios multinacionales de ALMA en Norteamérica, Asia del Este y Europa.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una alianza entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en colaboración con la República de Chile. ALMA es financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO); en Norteamérica por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de la Ciencia (NSC) de Taiwán, y en Asia del Este por el Instituto Nacional de Ciencias Naturales de Japón (NINS, en colaboración con la Academia Sinica de Taiwán. La construcción y operaciones de ALMA son dirigidas en nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), administrado a su vez por Associated Universities, Inc. (AUI), y en representación de Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).

Notas

[1] La calidad de las imágenes de un telescopio interferométrico como ALMA depende tanto de las separaciones como del número de las antenas. A mayor separación, más nítidas son las imágenes que se pueden obtener y mientras más antenas estén trabajando juntas, más detallada es la imagen producida. Más información acerca de ALMA y la interferometría está disponible en: http://www.eso.org/public/teles-instr/alma/interferometry.html

[2] Las observaciones fueron realizadas específicamente en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, ajustadas para detectar moléculas de monóxido de carbono en las nubes de hidrógeno donde se forman las estrellas, las que de otra manera sería invisibles.

[3] 1.7×10^16 de operaciones por segundo.

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