MUSE observa el Campo Profundo del HST

Hace un par de días, el Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés) publicó una interesante nota de prensa que hace uso de los datos obtenidos con el nuevo instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer). En particular, MUSE ha observado el Campo Profundo Sur del Hubble (Hubble Deep Field South, HDF-S), siendo capaz de encontrar la distancia a cientos de galaxias en esa zona del cielo, e incluso detectar nuevas galaxias que no aparecen en las imágenes profundas del Telescopio Espacial.
MUSE es un espectrógrafo de área integral (IFS, por sus siglas en inglés, Integral Field Spectrograph), sistemas que son capaces de obtener información espectroscópica resuelta en un área determinada del cielo. En otras palabras, un sistema IFS proporciona a la vez imágenes y espectros del objeto estudiado. El sondeo CALIFA, por ejemplo, usa este tipo de observaciones. La ventaja de MUSE es que, con su área de 24 x 48 = 1152 "rendijas" (spaxels es su nombre técnico en inglés), cada una proporcionando un espectro de casi 4000 "colores individuales", es capaz de observar casi todo el rango óptico (3650 a 9300 Angstroms) con una única observación. MUSE procesa a la vez 400 millones de píxeles en cubos de datos de 24 x 48 x 4000 píxeles, lo que está volviendo locos a los astrónomos que tienen que trabajar con ello, eso sí, los resultados son espectaculares.

Ilustración del "cubo de datos" generado con el espectrógrafo de campo integral MUSE, instalado en la unidad 4 del VLT (Chile). El lado más extenso recoge la información espectral desde 365 a 930 micras (3650 a 9300 Angstroms), mientras que los lados pequeños muestran la información espacial (el mapa del objeto a cierta longitud de onda). En particular se muestra la galaxia anular polar NGC 4640A. Para cada parte de la galaxia la luz ha sido separada en los diferentes colores que la componen, revelando no sólo el movimiento de diferentes partes de la galaxia, sino también claves sobre su composición química. Crédito: ESO/MUSE consortium/R. Bacon/L. Calçada.
Como cada "rendija" tiene un tamaño de 0.2" (segundos de arco), el campo total de MUSE es de 4.8" x 9.6" (por comparación, el diámetro de la Luna en el cielo es de unos 1800", 188 veces más grande que el lado mayor de MUSE). Dicho de otra manera, MUSE obtiene simultáneamente 4000 imágenes, cada una a una longitud de onda distinta, en un campo de 4.8" x 9.6". En realidad, MUSE, que se instaló en la unidad 4 del VLT en septiembre de 2013, se construyó con la intención de estudiar el contenido y los procesos acaecidos en el Universo primitivo, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias.
Los científicos a cargo de MUSE buscaron, por lo tanto, un buen campo para comenzar a usar su nuevo instrumento. Decidieron observar una parte del Campo Profundo Sur del Hubble (Hubble Deep Field South, HDFS). Tras compilar 27 horas de observación, MUSE ha sido capaz de revelar las distancias, movimientos y propiedades químicas, entre otras propiedades, de muchas de las galaxias de esta zona del cielo.

Animación que muestra cómo el instrumento MUSE observa las galaxias del Campo Profundo Sur del Hubble. Los datos tridimensionales de MUSE pueden considerarse como una pila de miles de imágenes individuales en diferentes longitudes de onda, que se extienden desde la parte azul del espectro hasta el infrarrojo cercano. Aquí pueden verse una tras otra, empezando por el azul. Se han seleccionado algunas galaxias cercanas y puede distinguirse su rotación: en un lado, partes de la galaxia aparecen primero (porque están avanzando hacia el espectador y, por lo tanto, están desplazadas hacia el azul) y luego aparece el otro lado (retrocediendo y con desplazamiento hacia el rojo). Crédito: ESO/MUSE Consortium/R. Bacon.
Si proyectamos el cubo de datos de MUSE obtenido para el Campo Profundo Sur del Hubble de forma que sólo veamos la imagen y animamos en una película el movernos de menor a mayor longitud de onda, esto es lo que vemos:

Visión del Campo Profundo Sur del Hubble usando el instrumento MUSE en el VLT. La película muestra cómo cambia la imagen del cielo al movernos desde longitudes de onda del azul (3650 Angstroms) al rojo (9300 Angstroms). Una estrella brillante aparece abajo a la izquierda, prácticamente el resto de los objetos son galaxias. Algunas se ven de vez en cuando "moverse" ligeramente: esto es consecuencia de la rotación de cada objeto. A veces aparecen puntos brillantes que duran casi un instante y luego desaparecen: son también galaxias, normalmente lejanas, de las que sólo podemos ver las líneas brillantes de emisión nebular como Hα, [O III] o [N II]. Crédito: ESO/MUSE Consortium/R. Bacon.
En total, los datos de MUSE de este trocito del HDF-S han servido para medir con precisión la distancia a 189 galaxias, incluidas unas 25 galaxias que no se detectan con las imágenes profundas del HST, sino que han sido observadas por primera vez con MUSE. Hasta los datos de MUSE sólo se conocían las distancias a unas 15 galaxias en este trozo del cielo, por lo que MUSE ha multiplicado por 10 este número (los astrónomos diríamos que se ha incrementado en un orden de magnitud el número de galaxias con distancia conocida). Algunas galaxias son cercanas, pero muchas están bastante lejos, cuando el Universo sólo tenía unos mil millones de años. Los datos de MUSE han servido para crear este mapa de distancias:

Mapa de la distancia a las galaxias de una zona del Campo Profundo Sur del Hubble usando los datos de MUSE. Las distancias se codifican en colores, azul, amarillo, verde, púrpura y rosa, de acuerdo a lo cerca (azul) o lejos (rosa, a unos 12700 millones de años luz) que se encuentre cada galaxia. Los símbolos en forma de estrella blanca indican las estrellas de la Vía Láctea. Los círculos indican galaxias detectadas en la imagen HDF-S. Los triángulos marcan las más de 25 nuevas galaxias descubiertas con los datos de MUSE. Crédito: ESO/MUSE Consortium/R. Bacon.
Toda esta información, más la que se obtenga en los próximos años en otras regiones del cielo, proporcionará a los astrofísicos una información clave a la hora de entender la evolución de las galaxias desde casi el principio de los tiempos.
Historias relacionadas
- CALIFA: El pasado de las galaxias, 26 de febrero de 2015.
- Diseccionando galaxias con el sondeo CALIFA, 1 de octubre de 2014.
- OASIS en el Observatorio, 3 de enero de 2006.
Más información
- Nota de prensa de ESO: El universo profundo en 3D
- Hubble Deep Field South, en inglés.
- Instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), en inglés
- La primera luz de MUSE, nota de prensa de ESO, 5 de marzo de 2014.