Primera observación directa de la estructura sobre la que se asienta el Universo

The Cosmic Web Imager fue concebido y desarrollado por el profesor de física del Caltech, Christopher Martin. “He estado pensando en el medio intergaláctico desde que era un estudiante de posgrado. No sólo comprende la mayor parte de la materia normal en el universo, sino que también es el medio en el que las galaxias se forman y crecen“, dice Martin.

Desde finales de 1980 y principios de 1990, los teóricos han predicho que el gas primordial del Big Bang no se transmite de manera uniforme en todo el espacio, sino que se distribuye en canales que atraviesan las galaxias y fluyen entre ellas. Esta “red cósmica”, llamada también IGM, es una red de filamentos más pequeños y más grandes entrecruzándose entre sí a través de la inmensidad del espacio y el tiempo, que se remonta a una época en que las primeras galaxias estaban formándose y las estrellas se estaban produciendo a un ritmo rápido.

Martin describe el gas difuso del IGM como “materia difusa”, para distinguirla de la materia luminosa de estrellas y galaxias y de la materia y energía oscura que compone la mayor parte del universo. Aunque al ver un día de sol brillante o incluso una noche estrellada es difícil pensarlo, el 96 por ciento de la masa y la energía del universo es energía y materia oscura (inferida por vez primera inferida por Fritz Zwicky del Caltech en 1930), cuya existencia conocemos sólo debido a sus efectos sobre el 4 por ciento restante que podemos ver: la materia normal. De ese 4 por ciento que es la materia normal, sólo una cuarta parte está compuesta por estrellas y galaxias, los objetos brillantes que iluminan nuestro cielo nocturno. El resto, lo que equivale a sólo el 3 por ciento de todo en el universo, es el IGM.

Como el nombre que Martin ha dado al IGM indica, la “materia difusa” es difícil de ver. Antes del desarrollo del Cosmic Web Imager, el IGM se observaba principalmente a través de la absorción de primer plano de la luz indicadora de la presencia de la materia que hay entre la Tierra y un objeto distante, como un cuásar (el núcleo de una galaxia joven).

“Cuando nos fijamos en el gas entre nosotros y un quasar, sólo se ve una línea de visión”, explica Martin. “Pero sabemos que hay gas más lejos, más cerca, y a medio camino, pero no sabemos cómo se distribuye el gas en tres dimensiones.”

Matt Matuszewski, ex estudiante graduado de Caltech que ayudó a construir el Cosmic Web Imager y ahora es científico del instrumento en el Caltech, compara este punto de vista con ver un paisaje urbano complejo a través de un par de ranuras estrechas en una pared: “Todo lo que podriamos saber es que hay hormigón, ventanas, metal, pavimento, tal vez un destello ocasional de color. Sólo mediante la apertura de la hendidura se podría ver que hay edificios, rascacielos, carreteras, puentes,coches y gente que camina por las calles. Sólo tomando una foto se puede entender cómo todas estas piezas se unen, y saber que se está buscando en una ciudad. “

Martin y su equipo ya han dado el primer paso de ese símil con la materia difusa. No está lleno de rascacielos y puentes, pero es a la vez visual y científicamente emocionante.

Los primeros filamentos cósmicos observados por el Cosmic Web Imager están en la vecindad de dos objetos muy brillantes: un quásar etiquetado como QSO 1549 19 y la llamada burbuja Lyman Alfa en un cúmulo de galaxias conocido como emergente SSA22. Estos objetos fueron elegidos por Martin para las observaciones iniciales, ya que son brillantes e iluminan el IGM que les rodea, aumentando su señal detectable.

Las observaciones muestran un filamento estrecho de un millón de años-luz de largo, que fluye hacia el quasar, quizás alimentando el crecimiento de la galaxia que alberga el quásar. Mientras tanto, hay tres filamentos que rodean la burbuja alfa de Lyman, con un giro medido que muestra que el gas de estos filamentos está fluyendo en la burbuja y que afecta a su dinámica.

The Cosmic Web Imager es un generador de imágenes espectrográfico que toma fotografías en diferentes longitudes de onda simultáneamente. Esta es una técnica importante para la investigación de objetos astronómicos, ya que hace que sea posible no sólo ver estos objetos, sino aprender acerca de su composición, masa, y velocidad. En las condiciones previstas para los filamentos de la red cósmica, el hidrógeno es el elemento dominante y emite luz a una longitud de onda ultravioleta específica llamada Lyman alfa. La atmósfera de la Tierra bloquea la luz en longitudes de onda ultravioletas, por lo que hay que estar fuera de la atmósfera de la Tierra, usando un satélite o un globo de gran altitud, para observar la señal Lyman alfa.

Sin embargo, si la emisión Lyman alfa se encuentra mucho más lejos de nosotros, es decir, llega a nosotros desde un tiempo anterior en el universo, entonces llega en una longitud de onda más larga (un fenómeno conocido como desplazamiento al rojo). Esto trae la señal de Lyman alfa al espectro visible y tal que pueda pasar a través de la atmósfera y ser detectada por telescopios terrestres como el Cosmic Web Imager.

Los objetos que el Cosmic Web Imager ha observado nacieron aproximadamente 2.ooo millones años después del Big Bang, una época de rápida formación estelar en galaxias. “En el caso de la mancha Lyman alfa. Creo que estamos viendo un disco protogaláctico gigante. y tiene casi 300.000 años luz de diámetro, tres veces el tamaño de la Vía Láctea”, dice Martin.

The Cosmic Web Imager fue financiado por subvenciones de la NSF y Caltech. Después de haber desplegado con éxito el instrumento en el Observatorio Palomar, el grupo de Martin está desarrollando una versión más sensible y versátil de el aparato para su uso en el Observatorio WM Keck en Mauna Kea en Hawai. “Los filamentos gaseosos y de las estructuras que vemos alrededor del quasar y la mancha Lyman alfa son inusualmente brillantes. Nuestro objetivo es, finalmente, ser capace de ver el medio intergaláctico en todas partes. Es más difícil, pero lo lograremos”, concluye Martin.

También hay planes para observaciones del IGM a bordo del globo de gran altitud FIREBALL (Faint Intergalactic Redshifted Emission Balloon); y desde el satélite ISTOS (Imaging Spectroscopic Telescope for Origins Surveys. Gracias a que podrá pasar por la mayoría, si no la totalidad, de nuestra atmósfera, ambos instrumentos permitirán observaciones de  emisión de Lyman alfa y por lo tanto el IGM estará más cerca de nosotros; es decir, y por lo tanto, nos acercaremos a épocas más remotas en el Universo.

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