Descubrimientos

El 3 de octubre de 2011 ALMA reveló su primera imagen científica: una nueva vista de las galaxias Antennae. Aunque ALMA todavía estaba en construcción y tenía solo 12 antenas, la imagen puso de manifiesto su gran potencial científico, pues brindó una perspectiva sin precedentes de las galaxias en colisión al revelar el frío contenido de polvo y gas de su medio interestelar.

Durante el decenio siguiente, la comunidad astronómica publicó más de 2.500 artículos científicos a partir de datos obtenidos por ALMA sobre una gran variedad de objetos del cosmos.  Así, ALMA ha ayudado a los astrónomos a realizar hallazgos científicos revolucionarios que han abarcado desde las lunas del Sistema Solar hasta las galaxias en formación en los confines del Universo, lo que ha dado un impulso sin precedentes a la búsqueda de nuestros orígenes cósmicos.

Gracias a ALMA, hemos profundizado nuestra comprensión de numerosos fenómenos astronómicos. A continuación detallamos algunos ejemplos.

Formación de galaxias

En 2018, los astrónomos estudiaron la formación de las galaxias y usaron ALMA para detectar las moléculas de oxígeno más distantes que se hayan observado. El hallazgo, situado a unos 13.280 millones de años luz de distancia, permitió al equipo de investigación determinar que la formación estelar empezó de forma repentina en esa galaxia tan solo 250 millones de años después del Big Bang. Tras el Big Bang, hubo un período en que el Universo careció de oxígeno. El oxígeno se formó posteriormente en las estrellas, que lo fueron liberando a medida que fueron muriendo. El descubrimiento de oxígeno en MACS1149-JD1 indica que toda una generación de estrellas ya había producido y expulsado oxígeno antes del período observado, transcurridos solo unos 500 millones de años desde el nacimiento del Universo.

En 2020, la revista The Astrophysical Journal publicó una vista nunca antes obtenida del polvo y el gas de un campo profundo cosmológico. Un grupo internacional de astrónomos usó ALMA para hacer un inventario del polvo y el gas moleculares en galaxias distantes a una profundidadsin precedentes en el icónico campo ultraprofundo del Hubble (H-UDF), una de las regiones más estudiadas del cielo. Se ha demostrado que las estrellas se forman a partir del colapso gravitacional de densas nubes de gas molecular. Para describir la evolución de las galaxias, es indispensable calcular su contenido de gas molecular y estudiar su desarrollo en el tiempo cósmico. Ese fue uno de los tres grandes objetivos de ALMA desde su concepción. Un equipo de investigación llevó a cabo el programa ASPECS (‘Estudio Espectroscópico con ALMA en el Campo Ultraprofundo del Hubble’, por su sigla en inglés) con ese fin. Fue el primer programa extragaláctico de gran envergadura diseñado para realizar un estudio tridimensional sin sesgos del contenido de gas molecular de las galaxias en el campo profundo extragaláctico mejor estudiado, el H-UDF.

Formación de estrellas

El radiotelescopio ALMA también ha ayudado a entender mejor los procesos de formación estelar. En 2021, los astrónomos usaron ALMA para mapear el Universo cercano y revelar la diversidad de las galaxias incubadoras de estrellas. Las estrellas se forman en nubes de polvo y gas conocidas como nubes moleculares, o incubadoras de estrellas. Cada incubadora del Universo puede dar nacimiento a miles o incluso decenas de miles de estrellas nuevas durante su vida. Entre 2013 y 2019, los astrónomos del proyecto PHANGS (‘Estudios Físicos en Alta Resolución Angular en Galaxias Cercanas’, por su sigla en inglés) realizaron la primera observación sistemática de 100.000 incubadoras de estrellas en 90 galaxias del Universo cercano para entender mejor su relación con las galaxias progenitoras. Los astrónomos descubrieron que las incubadoras tienen tamaños y formas muy variados, lo cual incide en las estrellas que allí se forman.

En marzo de 2018, los astrónomos habían usado ALMA y otros telescopios para observar la red interna de incubadoras de estrellas de la nebulosa de Orión. El resultado fue una impresionante imagen con filamentos representados en rojo que se generó combinando datos de ALMA, del telescopio de 30 metros del Instituto de Radioastronomía Milimétrica de Francia (IRAM, en su sigla en francés) y el instrumento HAWK del Very Large Telescope, del Observatorio Europeo Austral (ESO, en su sigla en inglés). Los filamentos rojos son estructuras de gas frío visibles únicamente para los pocos telescopios que, como ALMA, observan en longitudes de onda milimétricas, puesto que son invisibles en frecuencias ópticas e infrarrojas. Este gas sucumbe paulatinamente a la fuerza de su propia gravedad hasta quedar lo suficientemente comprimido para formar una protoestrella, precursora de la estrella.

Muerte de estrellas

Hace tres decenios, los astrónomos encontraron una de las estrellas en explosión más brillantes que se habían descubierto en más de 400 años. Conocida como Supernova 1987A (SN 1987A), este gigantesco astro brilló con una intensidad equivalente a la de 100 millones de soles durante varios meses luego de ser descubierta el 23 de febrero de 1987.

Para conmemorar el 30 aniversario de SN 1987A, los astrónomos publicaron nuevos datos e imágenes basados en observaciones del telescopio espacial Hubble de la NASA, del Observatorio Chandra de Rayos X y de ALMA que ofrecieron una vista sin precedentes del astro e inauguraron una nueva era en la historia de esta legendaria supernova.

No todas las estrellas mueren convirtiéndose en supernovas: algunas se inflan y se enfrían hasta convertirse en gigantes rojas. Durante ese proceso, generan flujos de partículas, o vientos estelares, que provocan una pérdida de masa. Debido a la falta de datos detallados, los astrónomos daban por sentado que estos vientos alrededor de la estrella eran esféricos. A medida que sigue evolucionando, la estrella vuelve a calentarse, y la radiación estelar hace brillar las crecientes capas de material estelar eyectado. Así nacen las nebulosas planetarias.

En 2020, los astrónomos usaron ALMA para observar vientos estelares alrededor de una serie de estrellas maduras y lograron explicar las increíbles formas de las nebulosas planetarias. Según sus hallazgos, al contrario de lo que se creía, los vientos estelares muchas veces no son esféricos, sino que se forman de la misma manera que las nebulosas planetarias. Así, los científicos concluyeron que la interacción con un segundo exoplaneta o estrella cercana incide en la forma de los vientos estelares y de la nebulosa planetaria. Los hallazgos de este estudio se publicaron en la prestigiosa revista Science.

Planetas

En 2014, ALMA extendió sus brazos para alcanzar su máxima resolución angular y observar HL Tau. La revolucionaria imagen obtenida reveló el proceso de génesis planetaria con un nivel de detalle sin precedentes, lo cual supuso un enorme avance en el estudio del desarrollo de los discos protoplanetarios y la formación de los planetas. La imagen superó toda las expectativas y reveló una serie de anillos brillantes y concéntricos separados por surcos. De esa forma, ALMA aportó pruebas fehacientes de la formación de planetas dentro de un disco protoplanetario y demostró que los planetas se forman más rápido de lo que se pensaba.

La comunidad astronómica continuó usando ALMA para estudiar la génesis planetaria durante los años siguientes, y en 2018 un equipo internacional de investigadores publicó los resultados de una gran campaña que aportó una vista sin precedentes de planetas que estaban naciendo. La campaña, conocida como Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP; ‘Proyecto de Observación de Subestructuras de Discos en Alta Resolución Angular’), produjo imágenes en alta resolución de 20 discos protoplanetarios cercanos. Gracias a estas increíbles imágenes, los astrónomos pudieron estudiar distintas características de los discos que les permitieron calcular la velocidad a la que pueden formarse los planetas. Según los investigadores, de estas observaciones se desprende que los planetas más grandes, con dimensiones y composiciones similares a las de Neptuno o Saturno, se forman rápido; de hecho, mucho más rápido de lo que postulaban las teorías vigentes. También tienden a formarse en los confines de sus sistemas solares, muy lejos de su estrella huésped.

Sistema Solar

ALMA también observó distintos objetos más cercanos a la Tierra con el fin de ayudar a los astrónomos y científicos a estudiar mejor nuestro vecindario cósmico.

En 2019, los astrónomos usaron los datos de ALMA para revelar las entrañas de Júpiter, donde pudieron observar torbellinos de nubes, grandes anillos coloridos y enormes tormentas. La atmósfera de Júpiter ha deslumbrado incontables veces por su belleza y su vorágine. ¿Pero qué sucede debajo de sus nubes? ¿Qué provoca las numerosas tormentas y erupciones que vemos en la superficie de ese planeta? Para saberlo, no basta la luz visible; los investigadores tuvieron que observar Júpiter en ondas de radio. Un nuevo conjunto de imágenes de radio obtenidas por ALMA proporcionó una vista sin precedentes de la atmósfera de Júpiter hasta 50 kilómetros debajo de su manto de nube visible.

Entre los demás objetos del Sistema Solar observados se encuentran asteroides, cometas, lunas y planetas. ALMA incluso ha ayudado a la NASA a ubicar Plutón con precisión, lo que permitió a su misión New Horizons obtener una nueva vista del planeta enano.

Agujeros negros

Por último, otro gran acontecimiento para ALMA fue su participación en una colaboración internacional de radiobservatorios llamada Event Horizon Telescope (EHT) para constituir un interferómetro a escala mundial que permitió a los astrónomos obtener la primera imagen de un agujero negro. Al ser el telescopio milimétrico más grande del mundo, ALMA fue clave en esta colaboración. Su capacidad sin parangón permitió lograr una calibración de alta calidad con los datos de cada uno de los demás telescopios del conjunto y así obtener las fantásticas imágenes que produjo el EHT.