Por primera vez se han detectado galaxias
oscuras, una etapa temprana de la formación de la galaxia, predicha
teóricamente, pero nunca observada hasta ahora. Estos objetos son,
esencialmente, galaxias ricas en gas que no contienen estrellas. Utilizando el
telescopio Very Large Telescope de ESO, un equipo internacional ha detectado
estos evasivos objetos observando su brillo al ser iluminados por la luz de un
cuásar.
Las galaxias oscuras son pequeñas, galaxias del universo temprano ricas en
gas, muy ineficientes a la hora de formar estrellas. Su existencia se predijo en
las teorías que tratan la formación de galaxias y se cree que son los ladrillos
básicos de las actuales galaxias brillantes y cargadas de estrellas. Los
astrónomos creen que han debido alimentar galaxias de mayor tamaño con gran
parte del gas que más tarde formó las estrellas que existen actualmente.
Ya que están privadas de estrellas, estas galaxias oscuras no emiten mucha
luz, lo que las hace muy difíciles de detectar. Durante años, los astrónomos han
intentado desarrollar nuevas técnicas con el fin de confirmar la existencia de
estas galaxias. Small absorption dips in the spectra of background sources of
light have hinted at their existence. Pequeñas bajadas de absorción en el
espectro de fuentes de luz situadas detrás, han delatado su existencia. Aún así,
este nuevo estudio es el primero que consigue ver estos objetos de manera
directa.
“
La solución al problema de detectar una galaxia oscura era, simplemente,
arrojar un poco de luz sobre ella.” explica Simon Lilly (ETH Zurich,
Suiza), coautor del artículo. “
Buscábamos el brillo fluorescente del gas en
las galaxias oscuras al ser iluminadas por la luz ultravioleta de un cuásar
cercano y muy brillante. La luz del cuásar hace que la galaxia oscura se
encienda en un proceso similar al que se da cuando la ropa blanca se ilumina con
luz ultravioleta en una discoteca.”
[1]
El equipo utilizó la gran superficie colectora y la precisión del
Very
Large Telescope (VLT), junto con una serie de exposiciones muy largas, para
detectar el débil brillo fluorescente de las galaxias oscuras. Utilizaron el
instrumento FORS2 para sondear una región del cielo alrededor del brillante
cuásar
[2] HE 0109-3518, buscando la luz ultravioleta que emite el
hidrógeno cuando está sujeto a fuertes radiaciones. Debido a la expansión del
universo, cuando la luz llega al VLT, en realidad se observa como una sombra de
color violeta.
[3]
“
Tras varios años intentando detectar la emisión fluorescente de las
galaxias oscuras, los resultados demuestran el potencial de nuestro método para
descubrir y estudiar estos fascinantes objetos, antes ocultos a nuestros
ojos,” afirmas Sebastiano Cantalupo (Universidad de California, Santa Cruz,
EE.UU.), autor principal de este estudio.
El equipo detectó casi 100 objetos gaseosos que se encuentran a unos pocos
millones de años luz del cuásar. Tras un cuidadoso análisis (diseñado para
excluir objetos en los cuales la emisión podría ser potenciada por formación de
estrellas en el interior de la galaxia, más que por la luz del cuásar),
finalmente estrecharon su búsqueda, limitándola a 12 objetos. Es la
identificación de galaxias oscuras en el universo temprano más convincente de
las llevadas a cabo hasta el momento.
Los astrónomos también fueron capaces de determinar algunas de las
propiedades de las galaxias oscuras. Estimaron que la masa del gas que contienen
es de alrededor de mil millones de veces la masa del Sol, algo típico de las
galaxias de baja masa ricas en gas del universo temprano. También pudieron
estimar que la eficiencia en formación estelar se reduce en un factor de más de
100 en relación a las típica galaxias con formación estelar encontradas en un
estadio similar de la historia cósmica.
[4]
“
Nuestras observaciones con el VLT nos han proporcionado una evidencia de
la existencia de nubes oscuras compactas y aisladas. Con este estudio, hemos
dado un paso crucial para revelar y comprender tanto las oscuras fases iniciales
de la formación estelar, como el proceso por el cual adquieren su gas”,
concluye Sebastiano Cantalupo.
El espectrógrafo de campo integral MUSE, que iniciará su fase de puesta a
punto en el VLT en 2013, será una herramienta extremadamente poderosa para el
estudio de estos objetos.
Notas
[1] La fluorescencia es la emisión de luz por parte de una
sustancia que, a su vez, es iluminada por una fuente de luz. En la mayor parte
de los casos, la luz emitida tiene una longitud de onda mayor que la fuente de
luz. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes transforman la radiación
ultravioleta — invisible para nosotros — en luz visible. La fluorescencia
aparece de forma natural en algunos componentes, como algunas rocas o minerales,
pero también puede añadirse de forma intencionada, como en los detergentes, que
contienen fluorescentes químicos para hacer que la ropa blanca parezca más
brillante bajo la luz normal.
[2] Los cuásares son galaxias distantes muy brillantes que se
cree contienen un agujero negro supermasivo en su centro, el cual los alimenta.
Su brillo los convierte en potentes faros que pueden ayudar a iluminar las
áreas circundantes, dando a conocer la era en la que las primeras estrellas y
galaxias se formaban a partir del gas primordial.
[3] Esta emisión del hidrógeno es conocida como emisión
Lyman-alfa, y se produce cuando los electrones de los átomos de hidrógeno saltan
del segundo subnivel al nivel más bajo de energía. Es un tipo de luz
ultravioleta. Debido a la expansión del universo, la longitud de onda de la luz
que proviene de estos objetos va desplazándose en su camino hacia nosotros.
Cuanta mayor sea la distancia, más se desplazará la longitud de onda. Dado que
el rojo es la longitud de onda más larga visible a nuestros ojos, este proceso
es literalmente un desplazamiento de la longitud de onda hacia el extremo rojo
del espectro — de ahí el nombre ‘desplazamiento al rojo’ (‘redshift’ en inglés).
El cuásar HE 0109-3518 tiene un desplazamiento al rojo o
redshift de z
= 2.4, y la luz ultravioleta de las galaxias oscuras se mueve dentro del
espectro visible. Se diseñó un filtro de banda estrecha específico para aislar
una longitud de onda concreta de la luz a la cual se desplazaba la emisión
fluorescente. El filtro se centró en los 414,5 nanometros con el fin de capturar
la emisión Lyman-alfa desplazada a z=2.4 (esto corresponde a una sombra del
violeta) y tiene un paso de banda de solo 4 nanometros.
[4] La eficiencia en formación estelar es la masa de nuevas
estrellas formadas según la masa de gas disponible para formar estrellas. Se
descubrió que estos objetos necesitarían más de cien mi millones de años para
convertir su gas en estrellas. Estos resultados concuerdan con recientes
estudios teóricos que han sugerido que los halos de baja masa, ricos en gas, con
alto desplazamiento al rojo, pueden tener una tasa de formación estelar muy baja
como consecuencia de un bajo contenido en metales.
Cred. ESO