El telescopio Subaru descubre un cúmulo de galaxias “Piedra de Rosetta”

Un equipo internacional de investigadores liderado por Ichi Tanaka, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) ha descubierto un conjunto de galaxias pasando por un estallido de formación estelar que puede ser clave para entender cómo se formaron las galaxias en el universo temprano. El conjunto se encuentra en la constelación de Vulpecula, a 11 millones de años luz (corrimiento al rojo z = 2.5), y se formó 2.7 millones de años después del nacimiento del universo, cuando este todavía estaba en pañales. Estas galaxias en pleno auge puede ser  proto-racimos, un antepasado de las actuales galaxias, que todavía parecen estar creciendo en hasta su tamaño completo. El descubrimiento es el resultado de las observaciones en 2007 con el Multi-Objeto cámara infrarroja y espectrógrafo (MOIRCS) del telescopio Subaru y observaciones posteriores con el Telescopio Spitzer. Al analizar los datos de emisión en el infrarrojo cercano del Telescopio Subaru con los datos de emisión en infrarrojo medio del Telescopio Spitzer, el equipo de investigación fue capaz de identificar los objetos brillantes en el infrarrojo como miembros de un grupo primordial. Este logro demuestra cómo la retroalimentación entre los datos archivados, la tecnología y la colaboración continua puede producir avances en nuestro conocimiento del universo.

Los astrónomos están interesados en entender cómo se desarrollaron las galaxias después del Big Bang, hace 13,7 millones de años, la búsqueda de ese lugar en el momento en que la transición del caos a la estructura se produjo crea  ”Piedras de Rosetta”, una época que puede aclarar cómo las galaxias primordiales se desarrollaron. Se especula que la transición a estructuras galácticas probablemente ocurrió entre diez y once millones de años. Las imágenes de las galaxias durante este período puede proporcionar una base para comprender la formación de galaxias. Sin embargo, la observación de objetos tan distantes es difícil.

Aunque los telescopios actuales pueden capturar imágenes débiles de las galaxias antiguas, los científicos necesitan más pruebas para confirmar e identificar la naturaleza de los objetos en estas imágenes. La tasa de formación estelar (SFR) es uno de los criterios fundamentales que los astrónomos tratan de establecer en su búsqueda de galaxias antiguas, ya que el SFR era probable bastante alta durante la formación de galaxias.

El análisis espectroscópico de las firmas de la luz de un objeto puede proporcionar una estimación de esta tasa. Las líneas de emisión H-alfa son una de las firmas más populares que los astrónomos utilizan para calcular la SFR, midiendo el hidrógeno ionizado en el rango de luz visible (óptico) del espectro.
Sin embargo, las emisiones atmosféricas comienzan a restringir las medidas con líneas H-alfa a un corrimiento al rojo de 2,7 (z = 2.7), una distancia de alrededor de 11,2 millones de años luz de distancia. Cuanto más lejos del objetivo galaxia se está, mayor es la longitud de onda de las líneas espectrales lo que se convierte en lo que se denomina “efecto desplazamiento al rojo.”  Un telescopio con base en tierra no puede superar este límite de z = 2,7.

Sin embargo, el actual equipo fue capaz de identificar una galaxia primordial a cerca de 11 millones de años luz de distancia. Se sobrepuso a las limitaciones en la medición de características de objetos muy distantes mediante el análisis de datos de emisiones a partir de observaciones de la misma área con dos telescopios diferentes en dos momentos diferentes.

En 2007, el astrónomo del Subaru, Ichi Tanaka, utilizado el Telescopio Subaru para observaciones directas hacia la zona de 4C 23.56, una de las áreas más prometedoras para los candidatos a grupo proto-racimos. El Telescopio Subaru se montó con MOIRCS y utilizó una banda estrecha (NB) de filtro para la detección de líneas de H-alfa a una distancia específica. Las observaciones arrojaron datos sobre la zona que se convertirían en una pieza clave para la identificación de los objetos en las observaciones.

El punto de inflexión para completar el descubrimiento de la galaxia primordial llegó en el verano de 2010, cuando Tanaka fue residente en el Observatorio Europeo Austral (ESO). Algunos de los colegas de Tanaka estudiaron las galaxias distantes y el análisis de los datos archivados del Telescopio Espacial Spitzer que hablaban  de la presencia de objetos con tenues emisiones del infrarrojo medio en torno a 4C 23.56. Las discusiones posteriores con los astrónomos europeos hicieron hincapié en el significado y la importancia de la conexión entre las líneas de emisión en el infrarrojo cercano H-alfa obtenida de la base en tierra Telescopio Subaru con las emisiones del infrarrojo medio del Telescopio Espacial Spitzer. Los posteriores análisis de los dos conjuntos de datos del Subaru y el Telescopio Espacial Spitzer dieron como resultado un potente conjunto de datos.

Las observaciones de Subaru con MOIRCS y un filtro de banda estrecha mostró un conjunto significativo de objetos de línea con las emisiones en el infrarrojo cercano alrededor de 4C 23.56. Aunque los datos de Subaru H-alfa por sí solos no eran suficientes para establecer una tasa de formación estelar alta, su vínculo con los datos de infrarrojo de Spitzer lo fue. Además, la comparación de las tasas de formación estelar en esta área con los de otros en el campo general muestran una clara diferencia en sus actividades de formación estelar. El área alrededor de 4C 23.56 en un corrimiento al rojo de z = 2,48 indica que el equipo descubrió un cúmulo de galaxias en una época de formación de estrellas principales.

El descubrimiento sorprendió incluso a los investigadores. Tanaka mostró su entusiasmo sobre el avance. “Estas galaxias primordiales muestran una tasa de formación estelar muy alta, lo que corresponde a la creación de alrededor de varios cientos de soles por año Tasa de formación tan altas no se producen en cualquier galaxia cercana, incluida la Vía Láctea. Además, el número de fuentes en el infrarrojo medio, aparentemente excede la cantidad que se puede atribuir a objetos visibles en emisión H-alfa. Esto indica que podría haber más polvo envolviendo galaxias con formación estelar activa, invisible como las emisiones de H-alfa pero detectable en el infrarrojo medio. “

La formación de cúmulos de galaxias en el universo es complicado, sólo hay un puñado de proto-racimos que pertenecencan al tipo “Piedra de Rossetta”. El cúmulo de galaxias descubiertas en la observación actual es de z = 2,5. Este es el cúmulo primordial más lejano conocido de galaxias que viene dentro de la gama H-alfa observables con un telescopio terrestre.

El equipo de investigación actual espera ampliar sus esfuerzos para localizar y descifrar más acerca de este tipo de cúmulos de galaxias con el Telescopio Subaru y el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), un interferómetro de sub-milímetros que estará en funcionamiento dentro de poco.

Artículo original: Subaru telescope discovers a Rosetta Stone cluster of galaxies