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ALMA confirma capacidad para observar “agujero cósmico”
Viernes 17 de Marzo de 2017

Un equipo de investigadores usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para obtener una imagen de radio de un “agujero” alrededor de un cúmulo galáctico situado a 4.800 millones de años luz de la Tierra. Se trata de la imagen de mayor resolución obtenida a la fecha de un agujero de este tipo, provocado por el efecto Sunyaev-Zel'dovich (efecto SZ). La imagen demuestra la capacidad de ALMA para estudiar la distribución y la temperatura del gas presente alrededor de los cúmulos de galaxias a través del efecto SZ.

Un equipo de investigación dirigido por Tetsu Kitayama, profesor de la Universidad Toho (Japón), usó ALMA para estudiar el gas caliente de un cúmulo galáctico. Este gas es un elemento clave para comprender la naturaleza y la evolución de los cúmulos galácticos. Aunque no emite ondas de radio detectables por ALMA, el gas caliente dispersa las ondas de radio del fondo cósmico de microondas y produce un “agujero” alrededor del cúmulo galáctico. Es el llamado efecto Sunyaev-Zel'dovich[1].

Los investigadores observaron el cúmulo galáctico RX J1347.5-1145 conocido por su fuerte efecto SZ, y lo han estudiado reiteradas veces con radiotelescopios. Por ejemplo, el radiotelescopio Nobeyama de 45 metros, operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, reveló una distribución desigual del gas caliente en este cúmulo, un fenómeno que no se había detectado en las observaciones de rayos X. Para entender mejor esta heterogeneidad, los astrónomos necesitan realizar observaciones de mayor resolución. Sin embargo, los objetos relativamente homogéneos y amplios como el gas caliente de los cúmulos galácticos son difíciles de observar en alta resolución con radiointerferómetros.

ALMA confirma capacidad para observar “agujero cósmico”

La imagen muestra la medición del efecto SZ en el cúmulo galáctico RX J1347.5-1145 obtenida con ALMA (azul). La imagen de fondo fue captada por el telescopio espacial Hubble. En las observaciones de ALMA se aprecia un “agujero” provocado por el efecto SZ. Créditos: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), Kitayama et al., telescopio espacial Hubble NASA/ESA. | Descargar imagen

Para solucionar este problema, ALMA usó el Atacama Compact Array, también conocido como Morita Array, la mayor contribución japonesa al proyecto. Sus antenas de menor diámetro y su configuración más compacta permiten obtener un campo de visión más amplio. Con los datos de este observatorio, los astrónomos pueden medir con precisión las ondas de radio de objetos que describen un ángulo amplio en el cielo.

ALMA confirma capacidad para observar “agujero cósmico”

Este grupo de galaxias, RX J1347.5–1145, fue observado por el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) como parte del programa Cluster Lensing and Supernova Survey with Hubble (CLASH). Este es uno de los grupos de galaxias más masivos conocidos en el Universo. Crédito: ESA/Hubble, NASA. | Descargar imagen

Con ALMA, los astrónomos obtuvieron una imagen del efecto SZ de RX J1347.5-1145 con el doble de resolución y una sensibilidad diez veces superior a la de las observaciones anteriores. Esta es la primera imagen de un efecto SZ generada por ALMA, una imagen que se condice con las observaciones anteriores e ilustra mejor la distribución de la presión en el gas caliente. La imagen demuestra la gran capacidad de ALMA para observar el efecto SZ y revela que se está produciendo una colisión gigante en el cúmulo galáctico.

“El efecto SZ se predijo por primera vez hace cerca de 50 años”, explica Kitayama. “Es un efecto muy débil y ha sido muy difícil obtener imágenes de alta resolución. Gracias a ALMA, esta vez dimos un gran y esperado paso en la búsqueda de un nuevo camino para estudiar la evolución cósmica”.

Notas

[1] Las ondas de radio del fondo cósmico de microondas se emiten en todas las direcciones. Cuando atraviesan el gas caliente de un cúmulo galáctico, estas ondas de radio interactúan con electrones muy cargados de energía en el gas y se llenan de esta energía. Cuando se observa desde la Tierra, el fondo cósmico de microondas en el rango energético original presenta una menor intensidad cerca del cúmulo galáctico. Esto es lo que se conoce como efecto Sunyaev-Zel'dovich, descubierto por Rashid Sunyaev y Yakov Zel'dovich en 1970.

Información adicional

Los resultados de este estudio fueron publicados en el artículo de Kitayama et al. titulado “The Sunyaev-Zel'dovich effect at 5″: RX J1347.5-1145 imaged by ALMA” (‘El efecto Sunyaev-Zel'dovich en 5″: RX J1347.5-1145 observado por ALMA’) por la Sociedad Astronómica de Japón en octubre de 2016.

Los miembros del equipo de investigación son Tetsu Kitayama (Universidad Toho), Shutaro Ueda (Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial), Shigehisa Takakuwa (Universidad de Kagoshima / Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica), Takahiro Tsutsumi (Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos), Eiichiro Komatsu (Instituto Max-Planck de Astrofísica / Instituto Kavli de Física y Matemática del Universo, Universidad of Tokio), Takuya Akahori (Universidad de Kagoshima), Daisuke Iono (Observatorio Astronómico Nacional de Japón / SOKENDAI), Takuma Izumi (Universidad de Tokio), Ryohei Kawabe (Observatorio Astronómico Nacional de Japón / SOKENDAI / Universidad de Tokio), Kotaro Kohno (Universidad de Tokio), Hiroshi Matsuo (Observatorio Astronómico Nacional de Japón / SOKENDAI), Naomi Ota (Universidad de Mujeres de Nara), Yasushi Suto (Universidad de Tokio), Motokazu Takizawa (Universidad de Yamagata) y Kohji Yoshikawa (Universidad de Tsukuba).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.



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