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(1 Octubre 2018 - NASA/CA) Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una abundancia inesperada de emisiones de Lyman-alfa en la región de la icónica imagen del Campo Ultra Profundo del Hubble (HUDF). El hecho que las emisiones descubiertas cubran casi el todo el campo de la imagen, ha llevado al equipo a extrapolar que casi todo el cielo del universo temprano debe brillar en esta frecuencia de luz, invisible a nuestra vista: La emisión Lyman-alfa [1]. .
Imagen: Las observaciones profundas realizadas con el espectrógrafo MUSE en el Very Large Telescope de ESO han descubierto enormes reservas cósmicas de hidrógeno atómico que rodean las galaxias distantes. La exquisita sensibilidad de MUSE permitió la observación directa de las tenues nubes de hidrógeno que brillaban con la emisión de Lyman-alfa en el Universo temprano, revelando que casi todo el cielo nocturno estába invisiblemente encendido. Crédito: ESA / Hubble y NASA, ESO / Lutz Wisotzki et al.
Aunque los astrónomos están acostumbrados a observar el cielo en múltiples longitudes de onda y de formas muy diferentes, la magnitud de la emisión Lyman-alfa ha resultado impactante. “Darse cuenta de que, cuando observando la emisión Lyman-alfa de las distantes nubes de hidrógeno, todo el cielo se ilumina en el óptico, fue una inmensa sorpresa”, explica Kasper Borello Schmidt, miembro del equipo de astrónomos que ha obtenido este resultado.
“¡Es un gran descubrimiento!”, añade Themiya Nanayakkara, miembro del equipo. “La próxima vez que miren al cielo en una noche sin luna y vean las estrellas, imaginen el brillo invisible del hidrógeno: el primer elemento básico para la construcción del universo, iluminando todo el cielo nocturno”.
La región HUDF que observó el equipo es un área que, en principio, no es especialmente destacable. Se encuentra en la constelación de Fornax (el horno), famosa por haber sido cartografiada por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA en 2004, cuando el Hubble dedicó más de 270 horas de precioso tiempo de observación buscando en lo más profundo de esta región del espacio, algo que no se había hecho antes.
Las observaciones HUDF revelaron miles de galaxias dispersas en lo que parecía ser una mancha oscura del cielo, dándonos una visión humilde de la escala del universo. Ahora, las excepcionales capacidades de MUSE han permitido profundizar aún más en lo profundo. Esta detección de la emisión Lyman-alfa en el HUDF es la primera en la que los astrónomos han podido detectar la débil emisión de las envolturas gaseosas de las galaxias más tempranas. Esta composición muestra la radiación Lyman-alfa en azul superpuesta a la icónica imagen del HUDF.
MUSE, el instrumento tras estas últimas observaciones, es un avanzado espectrógrafo de campo integral instalado en la Unidad de Telescopio 4 del VLT, en el Observatorio Paranal de ESO [2]. Cuando MUSE observa el cielo, ve la distribución de las longitudes de onda de la luz que ha alcanzado cada píxel de su detector. Mirando el espectro completo de la luz que nos llega de los objetos astronómicos, obtenemos importante información sobre los procesos astrofísicos que ocurren en el universo [3].
“Con estas observaciones de MUSE, obtenemos una vista completamente nueva de las envolturas de gas difuso que rodean a las galaxias en el universo temprano”, afirma Philipp Richter, otro miembro del equipo.
El equipo internacional de astrónomos que hizo estas observaciones ha identificado de forma tentativa el motivo por el cual estas distantes nubes de hidrógeno emiten en Lyman-alfa, pero la causa exacta sigue siendo un misterio. Sin embargo, dado que se cree que este débil resplandor omnipresente es ubicuo en el cielo nocturno, se espera que futuras investigaciones arrojen luz sobre su origen.
“En el futuro, planeamos hacer mediciones más sensibles”, concluye Lutz Wisotzki, líder del equipo. “Queremos conocer los detalles sobre cómo se distribuyen en el espacio estos inmensos reservorios cósmicos de hidrógeno atómico”.
Notas
[1] La luz viaja asombrosamente rápido, pero a una velocidad finita, lo que significa que la luz que llega a la tierra procedente de galaxias extremadamente distantes ha viajado durante mucho tiempo, abriéndonos una ventana al pasado, cuando el universo era mucho más joven.
[2] La Unidad de Telescopio 4 del VLT, Yepun, alberga un conjunto de instrumentos científicos excepcionales y sistemas tecnológicamente avanzados, incluyendo las instalaciones de óptica adaptativa, que recientemente recibieron el Premio Paul F. Forman 2018 a Equipos de Excelencia en Ingeniería, otorgado por la Sociedad Americana de Óptica.
[3] La radiación Lyman-alfa observada por MUSE tiene su origen en la transición electrónica atómica de los átomos de hidrógeno, que emiten luz con una longitud de onda de alrededor de 122 nanómetros. Como tal, esta radiación es totalmente absorbida por la atmósfera de la Tierra. Solo la emisión Lyman-alfa desplazada al rojo procedente de galaxias extremadamente distantes tiene una longitud de onda lo suficiente larga como para atravesar la atmósfera de la Tierra sin impedimentos y ser detectada con los telescopios terrestres de ESO.
Pareciendo una máquina sacada de la película The Matrix, con sus mangueras y conexiones tipo Medusa, MUSE es el último de los instrumentos de segunda generación que se instalarán en Yepun (UT4), el cuarto Telescopio de Unidad del Very Large Telescope en el Observatorio Paranal.
AVISO:
(16 Abril 2018 - NASA/CA) Esta nueva imagen del Telescopio Espacial Hubble muestra como el cúmulo de galaxias SDSS J0146-0929 actua como lente gravitacional al distorcionar el espacio y curvar la luz de una galaxia activa distante miles de añosluz detrás, creando curvas luminosas que rodean el centro del cúmulo.
El fenómeno cósmico es conocido como un "Anillo de Einstein". El anillo se crea cuando la luz de un objeto distante, como las galaxias activas que apuntan sus chorros hacia el Sol, pasa por una masa extremadamente grande, como este cúmulo de galaxias. En esta imagen, la luz de una galaxia de fondo se desvía y distorsiona alrededor del masivo cúmulo interpuesto y es forzada a viajar a lo largo de muchos caminos de luz diferentes hacia la Tierra, haciendo que parezca como si la galaxia estuviera en varios lugares a la vez.
(03 Noviembre, 2017 - SA/CA) Los astrónomos que trabajan tomando imágenes de galaxias con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA deben preparar sus fotos con mucha anticipación. No es como los telescopios de la Tierra, que permanecen fijos en un lugar, el telescopio espacial está en órbita de la Tierra girando alrededor de esta a 26 mil kilómetros por hora.
Pero cuando llega el momento de tomar las fotografías nunca faltan los problemas de último minuto y al igual que ocurre cuando estamos listo para hacer una foto de un paisaje espectacular y no falta el familiar bromista que se pone por delante, así también les ocurre a los científicos del Hubble, pero no son personas las que se interponen sino asteroides de nuestro sistema solar.
Estos asteroides residen, en promedio, a solo 240 millones de kilómetros de la Tierra, a la vuelta de la esquina en términos astronómicos. Sin embargo, se entrometieron en una imagen de miles de galaxias dispersas por el espacio y el tiempo a distancias inconcebiblemente lejanas.
Esta foto de Hubble de un trozo de cielo escogido al azar es parte de un proyecto llamado Frontier Fields y se tomó en un sector del cielo de la constelación de Cetus. La colorida imagen contiene miles de galaxias, con enormes elípticas amarillentas y majestuosas espirales azules. Las galaxias azules fragmentarias, mucho más pequeñas, se reparten por todo el campo. Los objetos más rojos son muy probablemente las galaxias más lejanas, cuya luz se ha estirado en la parte roja del espectro por la expansión del espacio.
Aparecen en la imagen rastros de asteroides que aparecen como rayas curvas o en forma de S. En lugar de dejar un rastro largo, los asteroides aparecen en múltiples exposiciones del Hubble que se combinaron en una imagen. De los 20 avistamientos totales de asteroides para este campo, siete son objetos únicos. De estos siete asteroides, solo dos eran conocidos, los otros eran demasiado débiles para haber sido vistos previamente.
Los trazos se ven curvos debido a un efecto de observación llamado paralaje. A medida que el Hubble orbita alrededor de la Tierra, un asteroide aparecerá moviéndose a lo largo de un arco con respecto a las galaxias y estrellas de fondo mucho más distantes.
Este efecto de paralaje es algo similar al efecto que se observa en un automóvil en movimiento, en el que los árboles al costado de la carretera parecen pasar mucho más rápido que los objetos de fondo a distancias mucho mayores. El movimiento de la Tierra alrededor del Sol y el movimiento de los asteroides a lo largo de sus órbitas son otros factores que contribuyen a la aparente inclinación de las trayectorias de los asteroides.
Todos los asteroides se encontraron de forma manual, la mayoría al "parpadear" exposiciones consecutivas para capturar el movimiento asteroide aparente. Los astrónomos encontraron un asteroide único por cada 10 a 20 horas de tiempo de exposición.
El programa Frontier Fields es una colaboración entre los Grandes Observatorios de la NASA y otros telescopios para estudiar seis masivos cúmulos de galaxias y sus efectos. Utilizando una cámara diferente, apuntando en una dirección ligeramente distinta, Hubble fotografió seis de los llamados "campos paralelos" al mismo tiempo que fotografió los cúmulos de galaxias masivas. Esto maximizó la eficiencia observacional del Hubble al hacer exposiciones en el espacio profundo. Estos campos paralelos son similares en profundidad al famoso campo profundo del Hubble, e incluyen galaxias aproximadamente cuatro mil millones de veces más débiles que las que puede ver el ojo humano.
Esta imagen es del campo paralelo para el cúmulo de galaxias Abell 370 en Cetus. Fue ensamblado a partir de imágenes tomadas en luz visible e infrarroja. La posición del campo en el cielo está cerca de la eclíptica, el plano de nuestro sistema solar, la zona donde residen la mayoría de los asteroides, por ello los astrónomos del Hubble vieron tantos cruces.
(06 Octubre, 2017 - SA/CA) Como muchos esperaban, el Premio Nobel de Física de este año irá a los tres científicos estadounidenses que encabezaron la investigación de 50 años para crear un detector de ondas gravitacionales: Rainer Weiss (MIT), Barry Barish y Kip Thorne, ambos del de Caltech. Ellos compartirán el premio por su trabajo en el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), que en 2016 anunció que había detectado estas ondas en el espacio-tiempo por primera vez.
Imagen: Rainer Weiss (MIT), Barry Barish y Kip Thorne, ambos del de Caltech creadores del Observatorio de ondas gravitacionales, LIGO en Louisiana, EEUU y ganadores del Premio Nobel de Física 2017. Crédito: LIGO.
Imagen: El Observatorio LIGO Avanzado de Livingston, Luisiana, tiene 4 km de largo y mide distorciones en el espacio más pequeñas que un protón, generadas por el paso de una onda gravitacional.
La celeridad en otorgar el Nobel a los creadores de este impresionante detector pone de manifiesto el entusiasmo de la comunidad científica ante la posibilidad de tener otra forma de explorar los fenómenos cósmicos fuera de las ondas electromagnáticas.
Proceso de Décadas
Mientras que desde el exterior, puede parecer sorprendente que este Premio Nobel se adjudicó un escaso 2 años después del descubrimiento de las ondas gravitacionales (a menudo, los premios Nobel se conceden muchos años después de los descubrimientos), para los tres galardonados, en realidad viene a la culminación de décadas de esfuerzo. LIGO puede haber detectado recientemente ondas gravitacionales, pero su viaje para hacerlo comenzó hace casi 45 años.
La idea misma de LIGO llegó a Rainer Weiss a principios de los 70 cuando, como profesor asociado de física en el MIT, tuvo que encontrar una manera de explicar las ondas gravitatorias (una predicción de la relatividad general) a sus estudiantes. En una entrevista con la periodista del MIT, Jennifer Chu, Weiss recordó su revelación:
"Ese fue mi dilema en ese momento, y ahí fue cuando se hizo la invención. Le dije: "¿Qué es lo más simple que puedo pensar para mostrar a estos estudiantes que se puede detectar la influencia de una onda gravitacional? ... Lo más obvio para mí fue, vamos a tomar masas flotando libremente en el espacio y medir el tiempo que toma luz viajar entre ellos. La presencia de una onda gravitacional cambiaría ese tiempo. [Más adelante] sabiendo lo que podías hacer con los láseres, lo solucioné: ¿Podrías realmente detectar ondas gravitatorias de esta manera? Y llegué a la conclusión de que sí, se podían detectar las ondas gravitacionales ... "
Algún tiempo después, en 1972, Weiss cuidadosamente reflexionó y anotó su idea, posteriormente publicándolo como un documento titulado, "Electromagnetically Coupled Broadband Gravitational Antenna". En este trabajo, Weiss describió con gran detalle el diseño y la promesa de utilizar la interferometría láser para detectar ondas gravitatorias. Dentro de sus 22 páginas, el documento presentó el proyecto para el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (en ese momento, Weiss lo llamó una antena).
Trascendental descubrimiento::
(11 Febrero, 2016 - ULTIMA HORA - NSF/CA) En una concurrida y anunciada conferencia de prensa, France Cordova directora del National Science Fundation de Estados Unidos, anunció la recepción por parte del experimento LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) - Avanzado, de las primeras ondas gravitacionales medidas desde la Tierra.
Imagen arriba: Simulaciones numéricas de las ondas gravitacionales emitidas por la convergencia y fusión de dos agujeros negros. Los contornos de color alrededor de cada agujero negro representan la amplitud de la radiación gravitacional; las líneas azules representan las órbitas de los agujeros negros y las flechas verdes representan sus giros. [Crédito: C. Henze / NASA Ames Research Center].
Para la Dra. Gabriela González, física argentina y portavoz del observatorio LIGO, que explicó durante la conferencia de como se llevó a cabo el descubrimiento resaltó que esto abre un campo completamente nuevo para la exploración del Universo. "Es como estar en los zapatos de Galileo, cuando utilizó por primera vez el telescopio para explorar el cielo".
De acuerdo a las simulaciones numéricas, se concluyó que las las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas en el espacio-tiempo por la convergencia y unión de dos agujeros negros en un evento que habría ocurrido hace unos 1,200 millones de años atrás en la dirección de la Gran Nube de Magallanes.
Las ondas gravitacionales llevan información sobre sus dramáticos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida de otra manera. Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas se produjeron durante la última fracción de un segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un único agujero negro más masivo. Esta colisión de dos agujeros negros se había predicho pero nunca observado.
Sobre la base de las señales observadas, los científicos de LIGO estiman que los agujeros negros de este evento fueron de 29 y 36 veces la masa del Sol. Aproximadamente tres veces la masa del Sol se convierte en ondas gravitacionales en una fracción de segundo - con una potencia alrededor de 50 veces mayor que la de todo el universo visible. Al observar el tiempo de llegada de las señales - el detector en Livingston grabó el evento 7 milisegundos antes de que el detector en Hanford - los científicos pueden decir que el origen se encuentra en el hemisferio sur.
De acuerdo con la relatividad general, un par de agujeros negros que orbitan alrededor de un centro de masa común pierden energía a través de la emisión de ondas gravitacionales, haciendo que se acerquen poco a poco durante miles de millones de años, y luego mucho más rápidamente en los últimos minutos. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan en casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un único agujero negro más masivo, convirtiendose una parte de la masa de los agujeros negros combinados en energía, de acuerdo con la fórmula de Einstein E = mc2. Esta energía se emite como una potente ráfaga de ondas gravitacionales que LIGO ha observado después que viajaran a la velocidad de la luz por miles de millones de años.
La existencia de las ondas gravitacionales se demostró por primera vez en los años 1970 y 1980 por Joseph Taylor, Jr., y sus colegas. En 1974, Taylor y Russell Hulse descubrieron un sistema binario formado por un pulsar en órbita alrededor de una estrella de neutrones. Taylor y Joel M. Weisberg en 1982 encontraron que la órbita del púlsar se estaba reduciendo lentamente con el tiempo debido a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales. Por descubrir el pulsar y demostrar que sería posible medir las ondas gravitacionales, Hulse y Taylor fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 1993.
El nuevo descubrimiento LIGO es la primera observación de ondas gravitacionales, medidas por las pequeñas perturbaciones de las olas hacen que a espacio y el tiempo a medida que pasan a través de la tierra.
"Nuestra observación de las ondas gravitacionales lleva a cabo un ambicioso objetivo establecido hace más de cinco décadas para detectar directamente este fenómeno difícil de alcanzar y comprender mejor el universo, y, que como corresponde, cumple con el legado de Einstein en el 100 aniversario de su teoría general de la relatividad," dice David de Caltech H. Reitze, director ejecutivo del Laboratorio LIGO.
Imagen: El Observatorio LIGO Avanzado de Livingston, Luisiana, tiene 4 km de largo y mide distorciones más pequeñas que un protón. Con su gemelo ubicado en Hanford, estado de Washington, comenzaron sus operaciones científicas en septiembre 2015 y el 14 de ese mes a las 09:50:45 UT los investigadores detectaron una señal tan fuerte que podía ser visto por el ojo (Fig. 2). La parte más intensa de la señal duró alrededor de 0,2 s y se observó en los dos detectores, con una diferencia de 7 milisegundos de diferencia.
Estos costosos observatorios son las versiones avanzadas de otros modelos que comenzaron a construirse desde hace 40 años atrás.
Las simulaciones computacionales de los agujeros negros fusionándose fueron determinantes en explicar lo que se captó en el observatorio LIGO.
Se había estado buscando con insistencia y perseverancia la forma de detectar las ondas gravitacionales, ya que su observación abre la puerta a nuevos e insospechados descubrimientos sobre las características del Universo, ya que las únicas ventanas de exploración disponibles hasta el momento eran las que permitían las ondas electromagnéticas.
Imagen: Gráfico del evento de ondas gravitacionales GW150914 observado por los detectores LIGO de Hanford (columna de la izquierda) y Livingston (derecha), del 14 de septiembre, 2015 a las 09:50:45 UTC. GW150914 llegó primero a Livingston y 7 Milisegundos más tarde a Hanford. Las variaciones son del orden de 10-21 (Mil trillonésimas).
Recomendamos esta excelente animación sobre la física de las ondas gravitacionales:
La detección de estas ondas, predichas por Einstein en 1916 y nunca antes detectadas, abren una nueva ventana a la observación del Universo. Un descubrimiento digno de un Premio Nobel.
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