Un termómetro molecular para el universo distante

Comunicado de Prensa ESO PR 13/08.

Primera medición precisa de la temperatura de la radiación cósmica de fondo en una época temprana.

Los astrónomos han utilizado el VLT (Very Large Telescope = Telescopio Muy Grande) de ESO (European Southern Observatory = Observatorio Austral Europeo) para detectar, por primera vez en el ultravioleta, la molécula de monóxido de carbono en una galaxia ubicada a casi 11 mil millones de años-luz de distancia, una proeza que ha permanecido esquiva por 25 años. Esta detección les permite obtener la medición más precisa de la temperatura cósmica en una época tan remota.

ESO PR Photo 13a/08 – Descubriendo galaxias ocultas Galaxias muy ocultas pueden ser descubiertas a través de la impresión que su gas interestelar deja en el espectro de un quásar más lejano. Las nubes interestelares de gas absorben parte de la luz emitida por los quásares. El espectro resultante presenta “valles” oscuros que pueden ser atribuidos a elementos y posiblemente a moléculas bien conocidas. En esta representación esquemática, el VLT observa (D) los rasgos asociados con tres sistemas, localizados a diferentes distancias (A, B y C) y cuya luz es, por lo tanto, desplazada en cantidades diferentes. El quásar, que actúa como un fanal, es el objeto brillante que se ve a la izquierda de la imagen. © ESO

El equipo de astrónomos [1] apuntó el espectrógrafo UVES del VLT de ESO durante más de 8 horas hacia una galaxia escondida cuya luz ha tardado más de 11 mil millones de años en alcanzarnos, lo que significa aproximadamente el 80% de la edad del universo.

La única forma en que esta galaxia puede ser vista es a través de la impresión que su gas interestelar deja en el espectro de un quásar aún más distante [2]. “Los quásares se utilizan aquí únicamente como un fanal en el universo muy lejano. Las nubes interestelares de gas de las galaxias, localizadas entre los quásares y nosotros a lo largo de la misma línea de visión, absorben parte de la luz emitida por los quásares. Consecuentemente, el espectro resultante presenta “valles” oscuros que pueden ser atribuidos a elementos, e incluso moléculas, bien conocidos”, explica Raghunathan Srianand (Pune, India), quien encabezó el equipo que realizó las observaciones.

Gracias al poder del VLT y de una selección muy cuidadosa del objeto (el objeto fue elegido entre unos diez mil quásares) el equipo pudo descubrir la presencia de hidrógeno molecular normal y deuterado (H2, HD) y de moléculas de monóxido de carbono (CO) en el medio interestelar de esta galaxia remota. “Esta es la primera vez que estas tres moléculas han sido detectadas por absorción en frente a un quásar, una detección que ha permanecido esquiva por un cuarto de siglo”, dice Cédric Ledoux (ESO), uno de los miembros del equipo.

El mismo equipo ya había marcado un récord para la detección más distante de hidrógeno molecular en una galaxia que se puede ver tal como era cuando el universo tenía menos de mil quinientos millones de años de edad (Véase, en inglés, ESO PR 16/06: Physics in Universe's Youth).

El gas interestelar es el reservorio a partir del cual se forman las estrellas y, como tal, es un componente importante de las galaxias. Más aún, como la formación y el estado de las moléculas son muy sensibles a las condiciones físicas del gas, que a su vez dependen de la tasa a la que se forman las estrellas, el estudio detallado de la química del medio interestelar es una herramienta importante para comprender cómo se forman las galaxias.

Basados en sus observaciones, los astrónomos demostraron que las condiciones físicas prevalecientes en el gas interestelar de esta remota galaxia son similares a las que se observan en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

ESO PR Photo 13b/08 – La molécula CO en el universo distante. Espectro de un quásar muy distante en el cual se pueden ver las impresiones dejadas por una galaxia localizada a casi 11 000 millones de años-luz de distancia. Varias bandas de monóxido de carbono (CO), así como bandas de hidrógeno molecular normal y deuterado (H2, HD), fueron identificadas por los astrónomos. Las intensidades diferentes de las bandas de CO permitieron a los científicos inferir la temperatura de la radiación cósmica de fondo en esa remota época. © ESO

Lo que es más importante aún, el equipo fue capaz de medir con la mayor precisión lograda hasta ahora la temperatura de la radiación cósmica de fondo en el universo remoto [3]. “A diferencia de otros métodos, la medición de la temperatura de la radiación cósmica de fondo utilizando la molécula de CO implica muy pocas presunciones”, declara el co-autor Pasquier Noterdaeme.

Si el universo se formó en un “Big Bang”, como supone la mayor parte de los astrofísicos, el resplandor de esta bola de fuego primigenia debería haber sido más caliente en el pasado. Esto es exactamente lo que encontraron las nuevas mediciones. “Dada la temperatura actual medida en 2,725 K, uno podría suponer que la temperatura hace unos 11 mil millones de años debería ser de unos 9,3 K”, dice el co-autor Patrick Petitjean. “Nuestro conjunto único de observaciones con el VLT nos permite deducir que una temperatura de 9,15 K, más o menos 0,7 K, está notablemente de acuerdo con la teoría”. “Creemos que nuestro análisis es pionero en los estudios de la química interestelar en el gran desplazamiento al rojo, y que demuestra que es posible, junto con la detección de otras moléculas tales como HD o CH, utilizar la química interestelar para desentrañar importantes cuestiones cosmológicas”.

Los resultados descritos aquí han sido presentados en una Carta al Editor en Astronomy and Astrophysics: "First detection of CO in a high-redshift damped Lyman-alpha system", by R. Srianand et al.).

NOTAS

[1] El equipo está integrado por Raghunathan Srianand (IUCAA, Pune, India), Pasquier Noterdaeme y Cédric Ledoux (ESO), y Patrick Petitjean (IAP, Francia). El mismo equipo ya había realizado las primeras mediciones de la temperatura de la radiación cósmica de fondo en una época en que el universo tenía solamente unos 2 500 millones de años de edad, utilizando también el UVES adosado al VLT. En esa instancia únicamente pudieron medir una temperatura en el rango entre 6 y 14 K.

[2] Los quásares son objetos extraordinariamente luminosos que se encuentran en el universo distante, y que según se cree son producidos por agujeros negros súper masivos en el corazón de las galaxias. Un único quásar puede ser más luminoso que toda una galaxia de cien mil millones de estrellas, e incluso entonces esta notable cantidad de energía se origina en un volumen menor que nuestro sistema solar.

[3] Una de las predicciones fundamentales de la teoría del Big Bang caliente para la creación del universo es la existencia de la radiación de microondas cósmica de fondo (CMBR = Cosmic Microwave Background Radiation, por sus siglas en inglés). Esta radiación es una reliquia de la bola de fuego primigenia y fue descubierta en 1964 a través de observaciones de radio realizadas por los físicos estadounidenses Arno A. Penzias y Robert W. Wilson, quienes recibieron el premio Nóbel en 1978. Más tarde, observaciones de precisión realizadas por los satélites COBE y WMAP demostraron que esta antigua radiación llena el universo, con una temperatura actual ligeramente menor a los 3 grados sobre el cero absoluto (2,725 K o -270,4 grados Celsius). Una predicción particular de la teoría del Big Bang es que el universo se enfría a medida que se expande, en una temperatura a escala con el factor de disolución del universo (1 + desplazamiento al rojo). En el desplazamiento al rojo de la galaxia (2,41837), se podría esperar una temperatura de 2,725 x (1 + 2,41837) = 9,315 K o -263,835 grados Celsius).

VLT de ESO en Paranal, Chile. © ESO

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Artículo original: ESO Press Release 13/08.
Título: “A Molecular Thermometer for the Distant Universe”
Fecha: Mayo 13, 2008
Enlace con el artículo original: aquí
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