Por primera vez, los astrónomos han podido combinar las imágenes ópticas más profundas del universo, obtenidas por el Telescopio Espacial Hubble, con imágenes igualmente nítidas en la parte del espectro cercano al infrarrojo utilizando un nuevo sistema sofisticado de estrella guía láser para óptica adaptativa en el Observatorio WM Keck en Hawai. Las nuevas observaciones, presentadas en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS) en San Diego esta semana, revelan detalles sin precedentes de galaxias colisionando con agujeros negros masivos en sus núcleos, vistos a una distancia de alrededor de 5 mil millones de años luz, cuando el universo estaba poco más de la mitad de su edad actual.
La observación de galaxias distantes en el rango infrarrojo revela poblaciones de estrellas más antiguas que las que se pueden ver en longitudes de onda ópticas, y la luz infrarroja también penetra las nubes de polvo interestelar más fácilmente que la luz óptica. Las nuevas imágenes infrarrojas de galaxias distantes fueron obtenidas por un equipo de investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz, UCLA y el Observatorio W. Keck. Jason Melbourne, un estudiante graduado en UC Santa Cruz y autor principal del estudio, dijo que los hallazgos iniciales incluyen algunas sorpresas y que los investigadores continuarán analizando los datos en las próximas semanas.
"Nunca antes habíamos podido alcanzar este nivel de resolución espacial en el infrarrojo", dijo Melbourne.
Además de Melbourne, el equipo de investigación, dirigido por David Koo de UCSC y James Larkin de UCLA, incluye a Jennifer Lotz, Claire Max y Jerry Nelson en UCSC; Shelley Wright y Matthew Barczys en UCLA; y Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam y Peter L. Wizinowich en el Observatorio Keck.
“Por primera vez en estas imágenes profundas del universo, podemos cubrir todas las longitudes de onda de luz desde la óptica hasta la infrarroja con el mismo nivel de resolución espacial. Esto nos permite observar subestructuras detalladas en galaxias distantes y estudiar sus estrellas constituyentes con una precisión que de otro modo no podríamos obtener ", dijo Koo, profesor de astronomía y astrofísica en la UCSC.
Las imágenes fueron obtenidas por Wright y el equipo Keck AO durante la prueba del sistema de óptica adaptativa de estrella guía láser en el Telescopio Keck II de 10 metros. Son las primeras imágenes con calidad científica de galaxias distantes obtenidas con el nuevo sistema. Esto marca un paso importante para la Encuesta del Tesoro del Centro de Óptica Adaptativa (CATS), que utilizará óptica adaptativa para observar una gran muestra de galaxias lejanas y débiles en el universo temprano, dijo Larkin de UCLA.
"Hemos trabajado muy duro durante varios años tomando datos alrededor de estrellas brillantes. Pero hemos estado muy restringidos en términos de la cantidad y tipos de objetos que podemos observar. Solo con el láser podemos alcanzar los objetivos más ricos y emocionantes ”. Dijo Larkin.
La óptica adaptativa (AO) corrige el efecto borroso de la atmósfera, que degrada gravemente las imágenes vistas por los telescopios terrestres. Un sistema AO mide con precisión este desenfoque y corrige la imagen utilizando un espejo deformable, aplicando correcciones cientos de veces por segundo. Para medir el desenfoque, AO requiere una fuente de luz puntual brillante en el campo de visión del telescopio, que puede crearse artificialmente utilizando un láser para excitar los átomos de sodio en la atmósfera superior, haciendo que brillen. Sin una estrella guía láser de este tipo, los astrónomos han tenido que confiar en estrellas brillantes ("estrellas guía naturales"), que limitan drásticamente el lugar donde se puede usar AO en el cielo. Además, las estrellas guía naturales son demasiado brillantes para permitir observaciones de galaxias muy débiles y distantes en la misma parte del cielo, dijo Koo.
"El advenimiento de la estrella guía láser en Keck ha abierto el cielo para observaciones de óptica adaptativa, y ahora podemos usar Keck para enfocarnos en aquellos campos donde ya tenemos imágenes ópticas maravillosas y profundas del telescopio espacial Hubble", dijo Koo.
Debido a que el diámetro del espejo del telescopio Keck es cuatro veces más grande que el del Hubble, puede obtener imágenes cuatro veces más nítidas que el Hubble en el infrarrojo cercano ahora que el sistema de óptica adaptativa de la estrella guía láser está disponible para superar los efectos borrosos de la atmósfera.
Las imágenes que se presentaron en la reunión de AAS se obtuvieron en un área del cielo conocida como el campo GOODS-South, donde Hubble, el Observatorio de rayos X Chandra y otros telescopios ya han realizado observaciones profundas. Hay seis galaxias débiles en las imágenes, incluidas dos fuentes de rayos X identificadas por Chandra. Las emisiones de rayos X, combinadas con la morfología desordenada de estos objetos, sugirieron una actividad de fusión reciente, dijo Melbourne. Las fusiones pueden canalizar grandes cantidades de materia hacia el centro de una galaxia, y las emisiones de rayos X desde el centro galáctico indican la presencia de un agujero negro masivo que está consumiendo activamente materia.
"Ahora estamos bastante seguros de que estamos viendo galaxias que han sufrido recientes fusiones", dijo Melbourne. “Uno de estos sistemas tiene un núcleo doble, por lo que puedes ver los dos núcleos de las galaxias fusionadas. El otro sistema está muy desordenado, parece un choque de trenes, y es una fuente de rayos X mucho más fuerte ”.
Además de iluminar el núcleo galáctico con emisiones de rayos X, las fusiones también tienden a provocar la formación de nuevas estrellas al sacudir y comprimir nubes de gas. Por lo tanto, los investigadores se sorprendieron al descubrir que el sistema con un núcleo doble está dominado por estrellas relativamente viejas y no parece estar produciendo muchas estrellas jóvenes.
"Si tenemos razón sobre el escenario de fusión, entonces esta fusión se está produciendo entre dos galaxias que ya habían formado la mayoría de sus estrellas miles de millones de años antes y no les quedaba mucho gas para hacer nuevas estrellas", dijo Melbourne.
Si un estudio adicional muestra que tales objetos son comunes más atrás en el tiempo, estas observaciones podrían ayudar a explicar uno de los rompecabezas de la formación de galaxias. Según la teoría predominante de la formación jerárquica de galaxias, las grandes galaxias se acumulan durante miles de millones de años a través de fusiones entre galaxias más pequeñas. Dado que las fusiones desencadenan la formación de estrellas, ha sido difícil explicar la existencia de galaxias muy grandes que carecen de poblaciones significativas de estrellas jóvenes.
“Una idea es que puedes tener una llamada fusión seca, donde dos galaxias llenas de estrellas viejas pero poco gas se fusionan sin formar muchas estrellas nuevas. Lo que estamos viendo en este objeto es consistente con una fusión en seco ”, dijo Melbourne. "Incluso en una fusión en seco, todavía puede haber suficiente gas para alimentar el agujero negro, produciendo emisiones de rayos X, pero no lo suficiente como para producir una fuerte explosión de formación estelar".
Las observaciones adicionales en las longitudes de onda del infrarrojo medio a lejano, que se esperan más adelante este año desde el Telescopio Espacial Spitzer, pueden ayudar a confirmar esto. Los datos de Spitzer proporcionarán una mejor indicación del contenido de polvo de la galaxia, una variable crucial en la interpretación de estas observaciones, dijo Melbourne.
El sistema de óptica adaptativa estrella guía láser fue financiado por la Fundación W. Keck. El sistema de estrella guía láser artificial se desarrolló e integró en una asociación entre el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el W. El láser se integró en Keck con la ayuda de Dee Pennington, Curtis Brown y Pam Danforth. La cámara de infrarrojo cercano NIRC2 fue desarrollada por el Instituto de Tecnología de California, UCLA, y el Observatorio Keck. El Observatorio Keck funciona como una asociación científica entre CalTech, la Universidad de California y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.
Este trabajo ha sido apoyado por el Centro de Óptica Adaptativa, un Centro de Ciencia y Tecnología de la Fundación Nacional de Ciencias administrado por UC Santa Cruz.
Fuente original: Comunicado de prensa de Keck
