El misterioso resplandor de las manchas Lyman-Alfa

This rendering shows a snapshot from a cosmological simulation of a Lyman-alpha Blob similar to LAB-1. This simulation tracks the evolution of gas and dark matter using one of the latest models for galaxy formation running on the NASA Pleiades supercomputer. This view shows the distribution of gas within the dark matter halo, colour coded so that cold gas (mainly neutral hydrogen) appears red and hot gas appears white. Embedded at the centre of this system are two strongly star-forming galaxies, but these are surrounded by hot gas and many smaller satellite galaxies that appear as small red clumps of gas here. Lyman-alpha photons escape from the central galaxies and scatter off the cold gas associated with these satellites to give rise to an extended Lyman-alpha Blob.

Un equipo internacional de astrónomos que ha utilizado a ALMA, el VLT (Very Large Telescope) de ESO y otros telescopios, ha descubierto la verdadera naturaleza de un extraño objeto del universo distante llamado “mancha Lyman-Alfa”. Hasta ahora, los astrónomos no entendían qué mecanismo hacía que estas enormes nubes de gas brillaran tanto, pero ALMA ha detectado dos galaxias en el corazón de uno de estos objetos y están atravesando una frenética etapa de formación estelar que ilumina todo su entorno. Estas enormes galaxias están, a su vez, en el centro de un enjambre de galaxias más pequeñas en lo que parece ser una fase temprana en la formación de un cúmulo masivo de galaxias. Las dos fuentes de ALMA están destinadas a convertirse en una única galaxia elíptica gigante.

Las manchas Lyman-alfa (LABs, de Lyman-alpha Blobs) son gigantescas nubes de gas de hidrógeno que pueden abarcar cientos de miles de años luz y se encuentran a grandes distancias cósmicas. El nombre refleja la característica longitud de onda de la luz ultravioleta que emiten, conocida como radiación Lyman-alfa. Desde su descubrimiento, los procesos que dan lugar a los LABs han sido un rompecabezas astronómico. Ahora, nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA, han aclarado el misterio.

Una de las manchas Lyman-alfa más grande conocida, y la más ampliamente estudiada, es la mancha SSA22-Lyman-alfa 1 o LAB-1. Incrustado en el núcleo de un gran cúmulo de galaxias que se encuentra en las primeras etapas de formación, fue el primer objeto de su tipo en ser descubierto — en el año 2000 — y se encuentra tan lejos que su luz ha tardado unos 11.500 millones de años en llegar hasta nosotros.

Un equipo de astrónomos, liderado por Jim Geach, del Centro de Investigación en Astrofísica de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), ha utilizado el conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), con su inigualable capacidad para observar la luz de las nubes de polvo frías en galaxias lejanas, para estudiar LAB-1 en profundidad. Esto les permitió identificar y resolver varias fuentes de emisión submilimétrica.

Combinando las imágenes de ALMA con las observaciones del instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, que capta la luz Lyman-alfa, pudieron demostrar que las fuentes de ALMA se encuentran en el corazón de la mancha Lyman-alfa, donde están formando estrellas a un ritmo cien veces superior al de la Via Láctea.

Además, la capacidad de hacer imagen profunda del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y la espectroscopia proporcionada por el Observatorio W. M. Keck demostraron que las fuentes de ALMA están rodeadas por numerosas galaxias compañeras débiles que podrían estar bombardeando las fuentes centrales de ALMA, ayudando a impulsar sus altas tasas de formación estelar.

Llegados a este punto, el equipo llevó a cabo una sofisticada simulación de formación de galaxias para demostrar que la gigante nube brillante de emisión Lyman-alfa puede explicarse si la luz ultravioleta producida por la formación de estrellas en las fuentes de ALMA dispersa el gas de hidrógeno circundante. Esto daría lugar a la mancha Lyman-alfa que vemos.

Jim Geach, autor principal del nuevo estudio, explica: “Imaginen una farola en una noche con niebla: vemos el resplandor difuso porque luz se dispersa por las pequeñas gotitas de agua. Aquí sucede algo similar, salvo que la farola es una galaxia con intensa formación estelar y la niebla es una enorme nube de gas intergaláctico. Las galaxias están iluminando su entorno”.

Entender cómo se forman y evolucionan las galaxias es un desafío enorme. Los astrónomos piensan que las manchas Lyman-alfa son importantes porque parecen ser los lugares donde se forman las galaxias más masivas del universo. En particular, la luz Lyman-alfa extendida, proporciona información sobre lo que está sucediendo en la nube de gas primordial que rodea a las galaxias jóvenes, una región que es muy difícil de estudiar, pero cuya comprensión resulta fundamental.

Jim Geach, concluye, “Lo que resulta emocionante acerca de estas manchas es que por fin podemos ver lo que está sucediendo alrededor de estas galaxias jóvenes en crecimiento. Durante mucho tiempo, el origen de la extendida luz Lyman-alfa ha generado polémica. Pero, con la combinación de nuevas observaciones y simulaciones de vanguardia, creemos haber resuelto un misterio de hace 15 años: Lyman-alfa Blob-1 es el lugar de formación de una galaxia elíptica masiva que un día será el corazón de un cúmulo gigante. Estamos viendo una instantánea de la unión de esta galaxia hace 11.500 millones de años”.

Fuente: http://www.eso.org/public/

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