Comunicados de Prensa

ALMA explora el Campo Ultraprofundo de Hubble: Nuevas luces sobre la ‘Edad de Oro’ de la formación de galaxias

22 Septiembre, 2016 / Tiempo de lectura: 16 minutes

Publicación ALMA Kids

Equipos internacionales de astrónomos usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para explorar la remota área del Universo plasmada por primera vez en la emblemática imagen del llamado Campo Ultraprofundo de Hubble (HUDF, en su sigla en inglés).

Las nuevas observaciones de ALMA, considerablemente más profundas y detalladas que las observaciones realizadas anteriormente en longitudes de onda milimétricas, revelaron la abundante distribución de gas incubador de estrellas en distintas épocas, y de esa forma aportaron nueva información sobre la “Edad de Oro” de los procesos de formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años.

Los investigadores presentaron sus hallazgos en la conferencia Half a Decade of ALMA (‘Media Década de ALMA’), celebrada en Palm Springs (California, EE.UU.). Los resultados de este estudio también han sido aceptados para ser publicados en siete artículos científicos en The Astrophysical Journal y uno en The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Al igual que en las pioneras observaciones de campo profundo realizadas con el telescopio espacial Hubble de la NASA y la ESA, los científicos usaron ALMA para escrutar un área aparentemente anodina del Cosmos en una llamada búsqueda ciega. Se trata de una observación en la que se explora una región al azar en vez de apuntar hacia un objeto determinado, como una galaxia o una nebulosa incubadora de estrellas.

“Realizamos la primera búsqueda totalmente ciega y tridimensional de gas frío en el Universo joven”, señala Chris Carilli, astrónomo de Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés) en Socorro (Nuevo México, EE.UU.), quien forma parte de uno de los equipos de investigación. “Descubrimos una población de galaxias que no es evidente en ninguna otra observación de campo profundo”.

A diferencia del telescopio Hubble, que estudia la luz visible e infrarroja emitida por objetos cósmicos luminosos como las estrellas y galaxias, ALMA capta la débil luz emitida en longitudes de onda milimétricas por nubes de polvo y gas de las que se alimentan las estrellas cuando se forman. La capacidad de ALMA para ver una porción totalmente diferente del espectro electromagnético permite a los astrónomos estudiar otros tipos de objetos astronómicos como las nubes incubadoras masivas y los discos protoplanetarios, así como objetos demasiado tenues para ser observados a la luz visible¹.

Para Jim Dunlop, autor que lideró otro de los equipos de investigación, “este es un resultado revolucionario. Por primera vez estamos usando con propiedad la sinergia de la luz visible y ultravioleta del Universo distante captada por Hubble junto a la visión milimétrica y del infrarrojo lejano captada por ALMA”.

Las nuevas observaciones de ALMA se programaron específicamente para detectar galaxias ricas en monóxido de carbono (CO), una molécula característica de las áreas donde hay gas molecular abundante y que constituyen el entorno ideal para la formación de estrellas. Pese a dar nacimiento a estrellas y galaxias, estas nubes de gas molecular son invisibles para el telescopio Hubble. Solo ALMA puede revelar la “otra mitad” del proceso de formación y evolución de galaxias que allí ocurre.

“Estas galaxias recién descubiertas, donde abunda el monóxido de carbono, son una contribución sustancial para la historia de la formación de estrellas en el Universo”, afirma Roberto Decarli, astrónomo del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA), en Heidelberg (Alemania), y miembro del equipo de investigación. “Con ALMA hemos abierto un camino para el estudio de las primeras etapas de formación y constitución de galaxias en el Campo Ultraprofundo de Hubble”.

Las nuevas observaciones del HUDF realizadas con ALMA comprenden dos tipos de datos distintos pero complementarios: observaciones en continuo, que revelan las emisiones de polvo y la formación de estrellas, y observaciones de líneas espectrales, que analizan el gas molecular frío que alimenta los proceso de formación estelar. Las líneas espectrales son particularmente valiosas porque incluyen información sobre el grado de corrimiento al rojo de la luz de objetos distantes por el efecto de la expansión del Universo. Mientras mayor sea el corrimiento al rojo, más lejos se encuentra el objeto, tanto en términos de distancia como de tiempo.

Con las nuevas observaciones, los astrónomos crearon un mapa tridimensional de gas incubador de estrellas y su evolución en el tiempo cósmico desde el presente hasta hace unos 2.000 millones de años después del Big Bang.

“Los nuevos resultados de ALMA confirman un rápido aumento en el gas contenido en las galaxias al mirar más atrás en el tiempo”, señala Manuel Aravena, astrónomo de la Universidad Diego Portales, en Santiago (Chile), quien también forma parte de uno de los equipos de investigación. “Este aumento en el contenido de gas es probablemente la causa del notorio incremento en la tasa de formación estelar durante la época de mayor actividad de formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años”.

Los astrónomos eligieron hacer su observación en el HUDF, una región de la constelación de Fornax, para que los telescopios terrestres ubicados en el hemisferio sur, como ALMA, también pudieran explorar la región y, de esa forma, contribuyeran a aumentar nuestro conocimiento del Universo distante.

ALMA observó el HUDF por un total de aproximadamente 50 horas hasta ahora, siendo el área del cielo que más tiempo de observación ha ocupado con este radio telescopio. La futura campaña de observación de 150 horas, llamada ASPECS (‘Observación Espectroscópica con ALMA en el HUDF’, por su sigla en inglés), que ya ha sido aprobada, abarcará de manera profunda un área mucho más amplia y aportará información nueva sobre la posible historia de formación estelar en el Universo.

“Al complementar nuestra comprensión de este material incubador de estrellas ausente, el futuro estudio espectroscópico completará la información que tenemos sobre galaxias bien conocidas del emblemático campo ultraprofundo Hubble”, afirma Fabian Walter, también del MPIA y miembro del equipo de investigación.

Animación que revela la exploración del campo ultraprofundo Hubble con ALMA. Las nuevas observaciones de ALMA, considerablemente más profundas y detalladas que las observaciones anteriores en longitudes de onda milimétricas, revelan una concentración de galaxias que no es evidente en ninguna otra observación profunda y muestran por primera vez la abundancia de gas incubador de estrella en distintas épocas. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble. Música: Mark Mercury

Entrevista con el astrónomo Fabian Walter, quien explica las recientes observaciones del campo ultraprofundo Hubble realizadas con ALMA. Créditos: B. Saxton & J. Hellerman (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble

Información adicional

La Observación Espectroscópica con ALMA en el HUDF (ASPECS) es considerada un “programa extenso” de ALMA y ha sido aprobada para el Ciclo 4 de observaciones que empieza en octubre de 2016 y se prolongará hasta septiembre de 2017. Los investigadores principales de la propuesta son Chris Carilli, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos; Fabian Walter, del Instituto Max Planck de Astronomía; y Manuel Aravena, de la Universidad Diego Portales.

Los siguientes artículos han sido aceptados para su publicación en la revista The Astrophysical Journal [https://apj.aas.org].

• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for [CII] line and dust emission in 6<z<8 galaxies” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: búsqueda de línea [CII] y emisión de polvo en galaxias 6<z<8’), M. Aravena et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06772].
• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: implications for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: implicaciones para el mapeo de intensidad de línea espectral en longitudes de onda milimétricas y distorsiones espectrales CMB’), C. L. Carilli et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06773].
• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular gas reservoirs in high-redshift galaxies” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: reservorios de gas molecular en galaxias de alto corrimiento al rojo’), R. Decarli et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06771].
• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO luminosity functions and the evolution of the cosmic density of molecular gas”, (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: funciones de la luminosidad del CO y evolución de la densidad cósmica del gas molecular’), R. Decarli et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06770].
• “ALMA spectroscopic survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum number counts, resolved 1.2-mm extragalactic background, and properties of the faintest dusty star forming galaxies” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: conteos de número continúo, fondo extragaláctico de 1,2 mm resuelto y propiedades de las galaxias polvorientas más tenues donde se forman estrellas’), M. Aravena et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06769].
• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey description” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: descripción de la observación’), F. Walter et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1607.06768].
• “ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: The Infrared Excess of UV-selected z=2-10 galaxies as a function of UV-continuum Slope and Stellar Mass” (‘Observación espectroscópica de ALMA en el campo ultraprofundo Hubble: exceso de infrarrojo en galaxias z=2-10 seleccionadas en UV como función de pendiente de UV continúa y masa estelar’), R. Bouwens et al. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1606.05280].

En tanto, otro estudio del HUDF, titulado “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field” (‘Una imagen profunda del campo ultraprofundo Hubble obtenida con ALMA’), de J. Dunlop et al., se publicará en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. [Manuscrito: https://arxiv.org/abs/1606.00227]

Los equipos están compuestos por:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemania), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemania; Astronomy Department, California Institute of Technology, EE.UU.; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, EE.UU.), R. Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, Holanda; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, EE.UU.), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, EE.UU.), C.L. Carilli (Leiden Observatory, Leiden, Holanda; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, Reino Unido), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile; Space Science Institute, Boulder, EE.UU.), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Center for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, Francia), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Alemania; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Reino Unido), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, EE.UU.), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Reino Unido), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Reino Unido), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Alemania), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, EE.UU.), F. Bertoldi (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Alemania), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, EE.UU.), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Leiden Observatory, Leiden, Holanda), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Alemania), B. Magnelli (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Alemania), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Reino Unido; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Reino Unido), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Alemania), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden, Holanda), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, Reino Unido), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Alemania; Universität-Sternwarte München, München, Alemania), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, Francia), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canadá), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, España), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemania), Mark Sargent (Astronomy Center, University of Sussex, Brighton, Reino Unido), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemania)

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, EE.UU.), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Francia), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Francia), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, EE.UU.), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Holanda), S. Wilkins (Astronomy Center, University of Sussex, Brighton, Reino Unido), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), A.D. Biggs (ESO, Garching, Alemania), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, Reino Unido), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand), E. van Kampen (ESO, Garching, Alemania), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canadá), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, EE.UU.), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, México), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, EE.UU.), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canadá, Victoria, Canadá), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Francia), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Alemania), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido), R.S. Ellis (ESO, Garching, Alemania), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, EE.UU.), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, EE.UU.), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, México), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, EE.UU.), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, EE.UU.), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, EE.UU.), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canadá), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.) and M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EE.UU.).

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 Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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.