El estudio de los sistemas de lentes gravitacionales dio un salto significativo con la caracterización de HerS-3, una galaxia distante y polvorienta en plena formación estelar. Su luz, desviada por la gravedad de un grupo de galaxias que se interpone en primer plano, se proyecta en el cielo con un patrón que recuerda al de la famosa Cruz de Einstein. En este tipo de configuraciones se suelen observar cuatro imágenes dispuestas alrededor de la galaxia lente. Sin embargo, en este caso los investigadores han detectado una quinta imagen central, un rasgo excepcional que convierte a HerS-3 en un sistema sin precedentes en la astrofísica observacional y en un nuevo banco de pruebas para estudiar la materia oscura.

Qué son las lentes gravitacionales

Las lentes gravitacionales son un fenómeno que se produce cuando la enorme masa de una galaxia o un cúmulo intermedio curva la trayectoria de la luz procedente de un objeto más lejano. Este efecto, predicho por la relatividad general de Einstein, no solo amplifica la luz del fondo, sino que también puede multiplicarla en imágenes distintas o deformarla en forma de arcos y anillos. En HerS-3, la disposición espacial de la lente genera cuatro imágenes principales claramente identificables. No obstante, las observaciones han permitido distinguir además una imagen débil situada en el centro, cuya existencia fue confirmada gracias a un análisis espectroscópico de alta precisión. Todas las imágenes presentan las mismas líneas moleculares y velocidades radiales, lo que demuestra que proceden de la misma fuente y descarta la posibilidad de un artefacto instrumental.

Un hallazgo posible gracias a la tecnología

El hallazgo, publicado enThe Astrophysical Journal fue posible gracias a la combinación de datos procedentes de diferentes telescopios y longitudes de onda. Las observaciones submilimétricas con NOEMA y ALMA, junto con la resolución óptica e infrarroja del Hubble Space Telescope, se complementaron con medidas en radio del VLA. Este despliegue multiinstrumental permitió reconstruir con gran detalle tanto la morfología de la galaxia de fondo, situada a más de 11.000 millones de años luz, como la distribución de masa de las galaxias del grupo que actúan como lente. La riqueza de los datos disponibles hace de HerS-3 un caso de referencia dentro de los sistemas de lentes gravitacionales detectados hasta ahora.

El análisis del equipo investigador mostró que los modelos de lente que incluían únicamente a las cuatro galaxias visibles en primer plano no lograban reproducir la configuración observada. La solución pasaba por introducir un quinto componente masivo, situado al sureste de la galaxia más brillante del grupo, cuya naturaleza no podía vincularse a ningún objeto luminoso detectado. Los autores interpretan este resultado como la presencia de un halo de materia oscura asociado al grupo, una concentración invisible cuya gravedad explica las cinco imágenes observadas. Esta conclusión refuerza la idea de que los halos de materia oscura, aunque indetectables por medios directos, son fundamentales en la dinámica de galaxias y cúmulos.

Una detección que abre nuevas vías de investigación

La detección clara de una quinta imagen en una Cruz de Einstein es algo extremadamente raro. En la mayoría de los sistemas similares, esta imagen central aparece tan debilitada que resulta imposible de aislar entre el brillo de las galaxias del primer plano. En HerS-3, en cambio, la visibilidad alcanzada gracias a la calidad de los datos ha hecho posible un análisis detallado que abre nuevas vías de investigación. Según los autores, este tipo de configuraciones podrían convertirse en una herramienta para estudiar la densidad de materia oscura en regiones centrales de galaxias y para refinar las estimaciones de la constante de Hubble, uno de los parámetros cosmológicos clave en la medición de la expansión del universo.

Más allá del hallazgo puntual, HerS-3 se perfila como un laboratorio natural para explorar fenómenos que van desde la formación estelar en el universo temprano hasta la naturaleza y distribución de la materia oscura. El estudio muestra cómo la combinación de observaciones en múltiples longitudes de onda y el uso de modelos de lente sofisticados permiten desentrañar propiedades físicas de sistemas extremadamente lejanos. En el plano de la cosmología cada nuevo objeto de este tipo contribuye a reducir las incertidumbres en los modelos y a poner a prueba teorías sobre la evolución galáctica y la física fundamental.

Los investigadores destacan además que este hallazgo es solo el inicio. HerS-3 será un objetivo prioritario para telescopios de nueva generación, como el James Webb Space Telescope, cuya sensibilidad en el infrarrojo permitirá obtener datos aún más detallados sobre su morfología y confirmar si las irregularidades del sistema responden exclusivamente a la acción de un halo de materia oscura o si intervienen también otros factores, como la presencia de gas o polvo en las galaxias del grupo lente. Sea cual sea la respuesta, el descubrimiento confirma que incluso en un campo tan explorado como el de las lentes gravitacionales todavía es posible encontrar sorpresas capaces de desafiar y enriquecer los modelos vigentes.

A solo 2.000 años luz de distancia de la Tierra, en la constelación de Aquila, se halla el agujero negro estelar más masivo de nuestra galaxia, con una masa equivalente a 33 veces la del Sol. Los astrónomos lo han bautizado como Gaia BH3, pues se ha detectado gracias a los datos de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), y están sorprendidos de que un objeto de estas dimensiones hubiera pasado inadvertido.

“Nadie esperaba encontrar un agujero negro de gran masa acechando cerca, sin haber sido detectado hasta ahora”, asegura Pasquale Panuzzo, miembro de la colaboración de Gaia y líder del trabajo que s publica este martes en la revista Astronomy & Astrophysics. “Éste es el tipo de descubrimiento que se hace una vez en la vida investigadora”. 

Los agujeros negros estelares se forman a partir del colapso de estrellas masivas y los previamente identificados en la Vía Láctea tienen en promedio unas 10 veces la masa del Sol. El siguiente agujero negro estelar más masivo conocido en nuestra galaxia, Cygnus X-1, sólo alcanza 21 masas solares, lo que hace que esta nueva observación de 33 masas solares sea excepcional.

Los descubridores de este nuevo objeto estelar observaron en los datos de Gaia un extraño movimiento de bamboleo en la estrella compañera que lo orbita, lo que delataba su presencia. Para confirmar el hallazgo y verificar la masa del agujero negro se utilizaron datos del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO) y otros observatorios terrestres.

El segundo más cercano a la Tierra

Sorprendentemente, este agujero negro también está extremadamente cerca de nosotros: a sólo 2.000 años luz de distancia, en la constelación de Aquila. Esto lo convierte en el segundo agujero negro más cercano conocido a la Tierra, solo por detrás del agujero conocido como Gaia BH1, que tiene diez masas solares.

Los astrónomos han encontrado agujeros negros igualmente masivos fuera de nuestra galaxia (utilizando un método de detección diferente, mediante ondas gravitacionales) y han teorizado que pueden formarse a partir del colapso de estrellas con muy pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio en su composición química. Se cree que estas estrellas llamadas pobres en metales pierden menos masa a lo largo de su vida y, por lo tanto, les queda más material para producir agujeros negros de gran masa después de su muerte. Pero hasta ahora faltaba evidencia que vincule directamente las estrellas pobres en metales con los agujeros negros de gran masa.

Las estrellas en pares tienden a tener composiciones similares, lo que significa que la compañera de BH3 contiene pistas importantes sobre la estrella que colapsó para formar este excepcional agujero negro. Los datos del espectro ultravioleta mostraron que la compañera era una estrella muy pobre en metales, lo que indica que la estrella que colapsó para formar BH3 también era pobre en metales, tal como se predijo.

Los autores aseguran que hacer que los datos estén disponibles temprano permitirá a otros astrónomos comenzar a estudiar este agujero negro ahora mismo, sin esperar a la publicación completa de los datos, prevista para finales de 2025 como muy pronto. Otras observaciones de este sistema podrían revelar más sobre su historia y sobre el propio agujero negro. El instrumento GRAVITY en el interferómetro VLT de ESO , por ejemplo, podría ayudar a los astrónomos a descubrir si este agujero negro está absorbiendo materia de su entorno y comprender mejor este interesante objeto.

* Fe de errores: Por error, en una primera versión de esta noticia no se especificaba en el titular que se trata del agujero negro 'estelar' más masivo

Un equipo internacional de investigadores, con participación española, descubrió el agujero negro más antiguo observado hasta la fecha, un extraordinario objeto cósmico que está devorando a su galaxia anfitriona y que data de los albores del universo, formado solo 400 millones de años después del Big Bang, hace más de 13.000 millones de años. 

Lo más interesante, según los autores, es el hecho de que este agujero negro relativamente poco masivo (unos pocos millones de veces la masa de nuestro Sol) exista tan temprano en el universo, ya que desafía nuestras suposiciones sobre cómo se forman y crecen estos objetos, al tiempo que aporta nuevas claves sobre el origen de las primeras galaxias.

El equipo liderado por Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge, publica sus resultados este miércoles en la revista Nature y ha utilizado el telescopio espacial James Webb (JWST) para detectar el agujero negro en el seno de la galaxia GN-z11, una de las más antiguas del universo y conocida por observaciones anteriores del telescopio Hubble. “La primera impresión que daba es que era una galaxia que estaba formando estrellas de manera muy intensa, pero no era tan evidente la presencia de un agujero negro”, explica a elDiario.es el astrofísico Santiago Arribas, investigador del Centro de Astrobiología (INTA-CAB-CSIC) y coautor del artículo. “Haciendo las cosas con más detalle, hemos descubierto que había uno”.

La infancia de un agujero negro

Este joven agujero negro está devorando material de su galaxia anfitriona para impulsar su crecimiento, pero lo hace con mucha más fuerza que sus hermanos de épocas posteriores, lo que lleva a los científicos a replantearse la manera en que estos se forman. El tamaño de este agujero negro recién descubierto sugiere que podrían formarse de otras maneras: podrían “nacer grandes” o podrían comer materia a un ritmo cinco veces mayor de lo que se creía posible. De alguna manera, admite Arribas, es como observar una “cría de agujero negro”, las etapas infantiles de estos objetos que nos permiten entender qué sucedió en las primerísimas fases de la historia del universo. 

“Es muy temprano en el universo para ver un agujero negro de esta masa, por lo que tenemos que considerar otras formas en que podrían formarse”, asegura Maiolino. “Las galaxias muy tempranas eran extremadamente ricas en gas, por lo que habrían sido como un bufet para los agujeros negros”. Según los modelos estándar, los agujeros negros supermasivos se forman a partir de restos de estrellas muertas, que colapsan y pueden formar un agujero negro de unas cien veces la masa del Sol. Si creciera de la forma esperada, este agujero negro recién detectado tardaría unos mil millones de años en crecer hasta alcanzar el tamaño observado. Sin embargo, el universo aún no tenía mil millones de años cuando se formó.

Los datos indican que los agujeros negros podrían “nacer grandes” o podrían comer materia a un ritmo cinco veces mayor de lo que se creía posible

Hasta ahora se sabía que había agujeros negros supermasivos en etapas muy tempranas del universo, que datan del doble de tiempo que este — unos 800 millones de años después del Big Bang —, y que se distinguen muy poco de los más cercanos. “La cuestión clave era cómo se forman con tan poco tiempo desde del Big Bang”, explica Arribas. “Encontrar uno que es menos masivo, pero está más lejos, nos da las información muy valiosa de cómo es el proceso de formación de estos objetos, que son claves en la evolución de las galaxias y el universo”, asegura. “Es un predecesor de los agujeros negros supermasivos”. 

Como sucede siempre, este nuevo agujero negro en el centro de la joven galaxia anfitriona, GN-z11, no se puede observar directamente, sino que se detecta gracias el brillo de un disco de acreción giratorio, que se forma en los bordes. El gas en el disco de acreción se calienta extremadamente y comienza a brillar e irradiar energía en el rango del ultravioleta, que es lo que detectan los astrónomos. GN-z11 es una galaxia compacta, unas cien veces más pequeña que la Vía Láctea, pero —según los autores— es probable que el agujero negro esté perjudicando su desarrollo. Cuando los agujeros negros consumen demasiado gas, lo empujan como un viento ultrarrápido. Este “viento” podría detener el proceso de formación de estrellas, matando lentamente a la galaxia, pero también matará al agujero negro en sí, ya que cortaría la fuente que lo alimenta. 

Una receta en tiempo récord

Los astrofísicos creen que los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de galaxias como la Vía Láctea crecieron hasta su tamaño actual a lo largo de miles de millones de años. Así que este nuevo hallazgo es como si una convención de cocineros hubiera descubierto que los tiempos para una receta —en este caso la de la formación de agujeros negros y galaxias— llevara la mitad de tiempo. “La evolución de las galaxias y los agujeros negros no son evoluciones independientes, sabemos que hay una evolución intrínseca y que muchas propiedades están ligadas”, subraya Arribas. Entender los agujeros negros es clave para entender cómo se formaron las primeras galaxias, insiste. “Estamos observando una fase muy concreta de una evolución, de hecho estamos viendo que el agujero negro está creciendo, está capturando masa en grandísimas cantidades y en fase de crecimiento”.

“Los agujeros negros activos que solemos ver tienen entre decenas y miles de millones de veces la masa del Sol, y este tendría sólo uno o unos pocos millones, por la época tan temprana, sin que le haya dado tiempo a crecer”, explica el astrofísico Héctor Vives, investigador de CEFCA (Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón) que no ha participado en el estudio. La novedad de este trabajo, a su juicio, “es que antes se pensaba que la emisión en esta galaxia podría ser principalmente por formación estelar muy vigorosa, pero ahora, combinando datos para sacar un espectro mejor, ven que sí habría un agujero negro supermasivo acretando [creciendo]. Pero relativamente pequeño, y por eso con los datos anteriores no estaba claro”, señala. Sobre el origen de las primeras galaxias, añade, “los modelos que se usan para estudiar lo que está pasando durante la formación estelar se han hecho basándose en galaxias de épocas posteriores, así que puede que las propiedades diferentes del gas en las muy tempranas haga que estos modelos no sean válidos del todo”.

Otros grupos de investigación que están analizando las mismas imágenes, como el de Alex J. Cameron, han presentado recientemente un artículo pendiente de revisión, lo que se conoce como un “preprint”, en el que a partir de los datos del JWST creen que podría haber un cúmulo estelar en el centro de esta galaxia, lo que a juicio de los autores del trabajo publicado en Nature no es incompatible. “No desmiente que haya un núcleo activo en la galaxia, sino que trata de añadir otros datos, son enfoques distintos de investigación” asegura Bruno Rodríguez del Pino, astrofísico del CAB y coautor del trabajo. “De hecho hay otro resultado reciente y también en proceso de revisión—añade Arribas— en el cual los autores analizan la imagen de esta galaxia en mucho detalle y lo que ven es que la emisión es muy compacta, lo que favorece o da más apoyo al resultado de que es un agujero negro”.

Un “salto gigante”

Maiolino dice que el nuevo descubrimiento proporcionado por el telescopio JWST hace que este sea el momento más emocionante de su carrera. “Es una nueva era: el salto gigante en la sensibilidad, especialmente en el infrarrojo, es como pasar del telescopio de Galileo a un telescopio moderno de la noche a la mañana”, afirma. “Antes de que Webb estuviera en activo, pensaba que tal vez el universo no fuera tan interesante si se iba más allá de lo que podíamos ver con el Telescopio Espacial Hubble. Pero no ha sido así en absoluto: el universo ha sido bastante generoso en lo que nos muestra, y esto es sólo el comienzo”.

Es un salto gigante, como pasar del telescopio de Galileo a un telescopio moderno de la noche a la mañana

Roberto Maiolino — Astrofísico de la Universidad de Cambridge y autor principal del estudio

El autor principal del artículo cree que la sensibilidad de JWST significa que en los próximos meses y años se podrán encontrar agujeros negros aún más antiguos. Él y su equipo esperan utilizar futuras observaciones del JWST para tratar de encontrar semillas más pequeñas de agujeros negros, lo que podría ayudarles a desenredar las diferentes formas en que podrían formarse: si comienzan siendo grandes o si crecen rápidamente. “Este resultado nos hace pensar que en los próximos años podremos observar no uno, sino muchos objetos en estas fases, o quizá en fases anteriores”, concluye Santiago Arribas. “Y con una muestra más grande podremos entender mucho mejor cómo se formaron los primeros agujeros negros y las galaxias”.

La edad actual del universo es de alrededor de 13.800 millones de años, y hasta ahora los científicos pensaban que la estructura de las galaxias espirales como la nuestra, la Vía Láctea, no se consolidaba hasta que el cosmos tenía la mitad de su edad actual.

Sin embargo, “en contra de lo esperado, un nuevo descubrimiento revela que ya existían galaxias similares a la Vía Láctea hace 11.700 millones de años, cuando el universo tenía solo un 15 % de la edad actual”, afirma Luca Costantin, investigador del Centro de Astrobiología (CAB, INTA-CSIC) y autor de principal de un estudio que se publica en la revista Nature donde se presenta el hallazgo.

Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST, en inglés), los autores localizaron una galaxia en el universo joven que cuenta con una de las estructuras más características de la Vía Láctea, la conocida como barra galáctica, una banda central de estrellas brillantes.

La galaxia espiral barrada descubierta, denominada ceers-2112, presenta un desplazamiento al rojo de 3, lo que a astrofísica se asocia a cuando el universo tenía solo 2.100 millones de años, lo que desafía el conocimiento previo sobre formación de galaxias. 

La galaxia espiral barrada ceers-2112, similar a la Vía Láctea, presenta un desplazamiento al rojo de 3, lo que se asocia a cuando el universo tenía solo 2.100 millones de años

“Ceers-2112 se considera una galaxia análoga a la Vía Láctea, ya que presenta una estructura espiral barrada y la misma masa que debía tener la nuestra en ese instante del cosmos”, apunta Costantin. 

“Sorprendentemente, este hallazgo prueba que cuando el universo era aún muy joven la evolución de esta galaxia estaba dominada por los bariones (la materia ordinaria de la que estamos compuestos) y no por la materia oscura, aunque es más abundante”, añade el coautor Jairo Méndez Abreu, investigador de la Universidad de La Laguna y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). 

El significado de la barra galáctica 

Estudiando la estructura de galaxias a diferentes distancias (es decir, a diferentes edades del universo), los científicos tratan de reconstruir la historia de formación y evolución de la Vía Láctea. En el universo cercano, la mayoría de las galaxias espirales masivas muestran una estructura alargada en forma de barra en sus regiones centrales, al igual que nuestra propia galaxia.

Por el contrario, según las predicciones de los modelos teóricos, las condiciones físicas y dinámicas del universo primitivo no favorecen la formación de barras en las galaxias más jóvenes y distantes. Las barras galácticas tienen un papel fundamental en la evolución de las galaxias, ya que favorecen la mezcla de elementos, lo cual es esencial para la formación de estrellas (como el Sol).

“Las galaxias no siempre han sido como las observamos a nuestro alrededor, ya que varían su masa y estructura a lo largo de su vida. Aunque las galaxias barradas similares a la Vía Láctea son comunes en el universo cercano, hasta ahora creíamos que deberían ser extremadamente raras cuando observamos atrás en el tiempo”, señala Pablo G. Pérez González, investigador científico del INTA en el CAB de Madrid y segundo autor del artículo.

Hasta ahora se pensaba que galaxias barradas como esta eran extraordinariamente raras al observar atrás en la historia del universo

Desde el punto de vista observacional, hasta ahora el conocimiento sobre la morfología de galaxias lejanas se basó principalmente en estudios realizados con el telescopio espacial Hubble, los cuales revelaban estructuras muy irregulares, resultado de posibles fusiones entre galaxias. Sin embargo, las extraordinarias capacidades del Webb están revolucionando la astrofísica, desvelando que el universo lejano no es exactamente como los científicos esperaban.

“Con el JWST tenemos por primera vez la tecnología y la instrumentación necesarias para estudiar en detalle la morfología de galaxias muy lejanas. Investigar cómo las galaxias adquieren la estructura que las caracteriza hoy es esencial para comprender los procesos de formación y evolución”, indica la coautora Cristina Cabello, investigadora postdoctoral del Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la Universidad Complutense de Madrid (IPARCOS-UCM). 

Cámara NIRCam del Webb y complejos cálculos

En concreto, la barra de la galaxia ceers-2112 se identificó gracias al análisis de imágenes captadas con el instrumento NIRCam del telescopio Webb. Los autores utilizaron complejos métodos de análisis de estructuras, como el modelado de la luz de la galaxia a diferentes longitudes de onda o estudiando las variaciones espaciales de las componentes simétricas (el llamado análisis de Fourier).

Los datos científicos se tomaron durante las observaciones del proyecto CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) liderado por Steven L. Finkels-tein desde la Universidad de Texas (EE UU) dentro del Extended Groth Strip, una región del cielo ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y el Boyero. En conjunto, en este proyecto participaron 33 investigadores de 29 instituciones en ocho países.

Referencia: Costantin et al. “A Milky Way-like barred spiral galaxy at a redshift of 3”. Nature, 2023.

Fuente: CAB (CSIC-INTA) | Derechos: Creative Commons.

El 10 de junio de 2022, un pequeño pico en las gráficas del radiotelescopio australiano ASKAP llamó la atención de los investigadores. Aquel pulso de radio, de una duración de 0,2 milisegundos, contenía la energía equivalente a la emitida por el sol durante 30 años. Y no solo eso, ahora sabemos que salió de una galaxia situada a 8.000 millones de años luz y es la ráfaga de radio rápida (FRB, por sus siglas en inglés) más antigua y distante localizada hasta la fecha.

El hallazgo de la ráfaga FRB 20220610A, como la bautizaron, se publicó este jueves en la revista Science por el equipo liderado por Stuart Ryder, de la Universidad Macquarie, y Ryan Shannon, de la Universidad de Swinburne. El hecho de haber podido localizar su origen en un grupo de galaxias, y la distancia a la que está, ha servido a los científicos para estimar la cantidad de materia que atravesó en su camino, lo que contribuye a resolver una de las grandes incógnitas de la cosmología moderna: dónde está la materia que falta en el universo para explicar su expansión acelerada.

Un 'suspiro' de 200 microsegundos

“El estallido fue increíblemente corto”, explica Shannon a elDiario.es. “Tiene sólo 200 microsegundos de ancho, lo cual es bastante sorprendente considerando que la señal viajó durante 8.000 millones de años para llegar a la Tierra”. Los estallidos rápidos de radio, explica, son destellos cortos y muy puntuales de radiación que viajan a través del universo, la mayoría desde otras galaxias, antes de llegar a nuestros radiotelescopios. “Muchos colegas apuestan a que provienen de estrellas de neutrones altamente magnetizadas, cadáveres estelares con campos magnéticos mil millones de veces más fuertes que las máquinas de resonancia magnética”, indica el experto. Es lo que se conoce como un magnétar.

Estas explosiones de radio fueron descubiertas en una fecha tan reciente como 2007, cuando se buscaba otro tipo de señal, los haces de radiación que proyectan algunas estrellas de neutrones que giran sobre sí mismas como si fueran faros cósmicos, conocidos como púlsares. Pero los estallidos de radio son ráfagas cortas incluso más energéticas y que no siempre se repiten, una señal tan potente y breve que durante un tiempo se creyó que se trataba de un error de lectura. Incluso se llegó a pensar que era una señal de origen terrestre que interfería con el radiotelescopio, como sucedió en algunos observatorios con los hornos microondas que se abrían a la hora de la comida.

Una década y media después, tras el hallazgo de casi un millar de ráfagas de este tipo dentro y fuera de nuestra galaxia, se han convertido en uno de los principales asuntos de interés en astrofísica, puesto que pueden servir para “escanear” el universo en busca de la “materia perdida”.

Un escáner cósmico

“La materia que falta es materia normal, la materia de la que están formadas las personas, las estrellas y las galaxias”, explica Shannon. “Sabemos por el Big Bang qué cantidad de este material está presente en el universo, pero cuando miramos al cielo, incluso con los mejores telescopios, vemos que al menos la mitad es invisible”. Al material que forma el universo visible se lo conoce como materia bariónica y no es suficiente para explicar la velocidad a la que rotan y se separan las galaxias, por lo que se habla desde entonces de conceptos como la energía y la materia oscura. Y por eso es importante medir cuanta materia bariónica hay entre galaxias, para ver si las cuentas cuadran o no cuando tengamos todos los datos.

¿Cómo pueden los FRB contribuir a resolver este misterio? “Cuando medimos estas ráfagas, sabemos que las ondas de radio interactúan con la materia y dependiendo de cuánta hay, estas ondas tienen un retraso gradual”, explica Nanda Rea, astrofísica del CSIC que no ha participado en este estudio. “Este retraso de la señal de radio te dice la densidad de electrones entre tú y la fuente que lo está emitiendo, de modo que puedes saber cuántas partículas hay entre medias”. 

Esto significa que si tienes suficientes haces de radio apuntando desde distintas ubicaciones del universo, con su fuente de emisión bien identificada, puedes calcular la cantidad de materia que hay entre galaxias y contribuir paulatinamente a resolver el misterio sobre la materia que falta. “La señal FRB contiene la huella de cada electrón libre que pasa en su camino hacia nosotros, y al comparar eso con la distancia de la galaxia anfitriona desde su corrimiento al rojo óptico terminamos con una densidad para este material caliente”, explica Stuart Ryder. “Estamos comenzando a usar FRB para construir un mapa 3D de esta red, de manera muy similar a como se usan los escáneres médicos para hacer un mapa 3D de lo que hay dentro del cuerpo humano”. Con una particularidad: como estas fuentes de radio de los magnétares proceden del estallido de supernovas, estaríamos escudriñando el universo a partir del halo que dejan las estrellas muertas. 

Como estas fuentes de radio proceden del estallido de supernovas, estaríamos escudriñando el universo a partir del halo que dejan las estrellas muertas

“Aunque todavía no sabemos qué causa estas explosiones masivas de energía, el artículo confirma que las explosiones de radio rápidas son eventos comunes en el cosmos y que podremos utilizarlas para detectar materia entre galaxias y comprender mejor la estructura del universo”, asegura Shannon. “Es como si los FRB pudieran sentirlo todo y pudiéramos utilizarlos para mapear esta materia faltante y comprender su importante papel en la configuración de las galaxias”.

Materia interpuesta

Para hacer estos cálculos, debes conocer la distancia que ha recorrido el haz de luz, algo que solo se puede conseguir cuando se corrobora la observación en las gráficas apuntando otros telescopios a la zona de la que procede la señal. Es lo que se hizo en el caso de la nueva ráfaga publicada en Science. “Solo gracias a tener algunas de las instalaciones informáticas más poderosas del mundo en la ubicación remota de ASKAP pudimos distinguir la débil señal contra el ruido de fondo”, dice Ryder. “Luego utilizamos el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile para buscar la galaxia fuente y descubrimos un pequeño grupo de galaxias que se están fusionando”.

Desde que se descubrieron las primeras fuentes de radio, se han identificado más de 800 de estas ráfagas, pero en la mayoría de los casos no hay tanta suerte y no se conoce el origen ni la distancia que han recorrido, un dato determinante para calcular la cantidad de materia con la que se han cruzado en su camino. De momento, solo se tienen datos tan precisos de alrededor de una veintena, confirma Nanda Rea, pero “lo que se espera es que cuando se tengan muchas más de estas ráfagas asociadas con sus galaxias, desde los más cercanos a los más lejanos, podremos tener una medida exacta de la materia que hay a nuestro alrededor y ver si eso es compatible o no, con la expansión del universo”.

Cuando se tengan muchas más de estas ráfagas asociadas con sus galaxias, podremos tener una medida exacta de la materia que hay a nuestro alrededor

Nanda Rea — Astrofísica del CSIC

Por este motivo, el trabajo de Nanda Rea, que estudia los pocos magnétares que se producen dentro de nuestra galaxia (de momento, solo dos) resulta especialmente interesante para resolver la cuestión de fondo. “Yo estudio fuentes que podrían ser las que producen este tipo de emisiones —asegura— para comprender por qué emiten así y qué están haciendo, porque si están en nuestra galaxia están más cerca y las vemos mejor”. A su juicio, el trabajo publicado ahora por el equipo de Shannon contribuye de manera notable a avanzar en la resolución de este problema, aunque aún quedan pendientes de resolver algunas posibles fuentes de confusión, como cuanta cantidad de materia que detectamos con los haces de radio procede de la propia galaxia de origen. “Esta es la razón por la que, con esta sola medida, no se puede cerrar el problema, pero sin duda abre un camino prometedor”, asegura. 

Cómo pesar el universo

“Cuando nos llega una señal como la de este FRB, podemos estudiar todos estos componentes y estimar por dónde ha viajado, y qué características se ha encontrado por el camino”, indica Benito Marcote, investigador del consorcio JIVE, que coordina la red europea de radiotelescopios VLBI. Cuando la luz recorre tanta distancia, va acumulando la impronta de todo el material a través del que viaja, recuerda. “Gracias a ello, los autores han podido establecer que en algún momento del camino, la luz de este FRB ha atravesado un lugar muy turbulento, con mayor densidad de gas de lo que cabría esperar”, apunta el investigador. A su juicio, dado que se emitió desde una distancia tan lejana, la luz de este FRB ha podido ir atravesando los halos alrededor de varias galaxias como nuestra Vía Láctea, añadiendo en cada paso una marca en la luz que finalmente nos llegó a la Tierra.

Con la información acumulada con muchos de estos eventos, seremos capaces de trazar, con un detalle hasta hace poco inimaginable, la estructura a gran escala del universo

Benito Marcote — Astrofísico del JIVE y la red europea de radiotelescopios VLBI

“La importancia de este descubrimiento no es en sí este FRB particular, sino que con la información acumulada con muchos de estos eventos, seremos capaces de trazar, con un detalle hasta hace poco inimaginable, la estructura a gran escala del universo, cómo la materia se mueve entre galaxia y galaxia y ha ido cambiando a lo largo de toda la historia”, concluye Marcote. “Pero también responder preguntas fundamentales de física como si los fotones (las partículas de luz) tienen masa, si viajan realmente a la velocidad de la luz exactamente, o pesar la materia que hay en el universo”.

Los brazos sinuosos de la galaxia espiral de gran diseño M51, más conocida como galaxia del Remolino, se extienden a lo largo de esta imagen del Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA.

A diferencia de las galaxias con brazos espirales irregulares o interrumpidos, las galaxias espirales de gran diseño cuentan con brazos espirales prominentes y bien desarrollados como los que se muestran en esta imagen. Este retrato galáctico es una imagen compuesta que integra datos de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de Webb y el innovador instrumento de infrarrojo medio (MIRI).

En esta imagen, las regiones de color rojo oscuro trazan el polvo filamentoso y cálido que impregna el medio de la galaxia. Las regiones rojas muestran la luz reprocesada de moléculas complejas que se forman en los granos de polvo, mientras que los colores naranja y amarillo revelan las regiones de gas ionizado de los cúmulos estelares recién formados. La retroalimentación estelar tiene un efecto dramático en el medio de la galaxia y crea una red compleja de nudos brillantes, así como cavernosas burbujas negras, informa la ESA.

M51, también conocida como NGC 5194 o Galaxia del Remolino, se encuentra a unos 27 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Canes Venatici, y está atrapada en una relación tumultuosa con su vecina más cercana, la galaxia enana NGC 5195. La interacción entre estas dos galaxias ha convertido a estas vecinas galácticas en uno de los pares de galaxias mejor estudiados en el cielo nocturno. Se cree que la influencia gravitacional de la compañera más pequeña de M51 es parcialmente responsable de la naturaleza majestuosa de los prominentes y distintos brazos espirales de la galaxia.

Esta observación de Webb de M51 es una de una serie de observaciones tituladas colectivamente Feedback in Emerging extragalactic Star clusTers, o FEAST. Las observaciones de FEAST fueron diseñadas para arrojar luz sobre la interacción entre la retroalimentación estelar y la formación de estrellas en entornos fuera de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. La retroalimentación estelar es el término utilizado para describir el flujo de energía de las estrellas hacia los entornos que las forman, y es un proceso crucial para determinar el ritmo al que se forman las estrellas. Comprender la retroalimentación estelar es vital para construir modelos universales precisos de formación estelar.

El objetivo de las observaciones de FEAST es descubrir y estudiar guarderías estelares en galaxias más allá de nuestra Vía Láctea. Antes de que Webb entrara en funcionamiento, otros observatorios como el Atacama Large Millimeter Array en el desierto chileno y el Hubble nos han dado una idea de la formación estelar, ya sea al inicio (rastreando las densas nubes de gas y polvo donde se formarán las estrellas) o después de que las estrellas hayan destruido con su energía sus nubes natales de gas y polvo.

Webb está abriendo una nueva ventana a las primeras etapas de la formación estelar y la luz estelar, así como al reprocesamiento energético del gas y el polvo. Los científicos están viendo por primera vez cúmulos de estrellas emergiendo de su nube natal en galaxias más allá de nuestro grupo local. También podrán medir cuánto tiempo tardan estas estrellas en contaminarse con metales recién formados y limpiar el gas (estas escalas de tiempo difieren de una galaxia a otra).

Al estudiar estos procesos, comprenderemos mejor cómo se regula el ciclo de formación de estrellas y el enriquecimiento de metales dentro de las galaxias, así como cuáles son las escalas de tiempo para que se formen planetas y enanas marrones. Una vez que se elimina el polvo y el gas de las estrellas recién formadas, no queda material para formar planetas, señala la ESA en un comunicado.

Europa Press.

IG

El telescopio espacial James Webb localizó la galaxia más lejana detectada hasta la fecha, creada durante la expansión inicial del Universo, unos 320 millones de años después del Big Bang.

Este observatorio espacial desarrollado a través de la colaboración de 14 países, construido y operado conjuntamente por la Agencia Espacial Europea, la Agencia Espacial Canadiense y la NASA, que empezó a funcionar en julio de 2022, identificó numerosas galaxias “candidatas” en el espectro infrarrojo, una longitud de onda invisible para el ojo humano que permite remontar mucho más en el tiempo.

Todas ellas están situadas en el extremo rojo del espectro, es decir que están muy lejos y con una edad que oscila entre los 300 y los 500 millones de años tras el Big Bang (que ocurrió hace 13.800 millones de años), según dos estudios publicados en Nature Astronomy.

Ambos documentos explican que en ese momento el Universo solo tenía el 2% de su edad actual, y atravesaba lo que los científicos denominan un periodo de reionización: después del periodo conocido como de las “épocas oscuras”, se volvió a activar y empezó a producir una gran cantidad de estrellas.

La galaxia más lejana localizada por el JWST fue bautizada JADES-GS-z13-0 y, según los especialistas, se formó “320 millones de años después del Big Bang”.

Su luz es la más distante observada hasta la fecha por los astrónomos, explicó Stéphane Charlot, del Instituto de Astrofísica de París, uno de los autores del estudio, según consignó un despacho de la agencia AFP.

El telescopio espacial también confirmó la existencia de la galaxia GM-z11, de unos 450 millones de años después del Big Bang, y que ya había sido detectada por el telescopio Hubble.

Las cuatro galaxias observadas son muy poco masivas -apenas un centenar de millones de masas solares, en comparación con los 1,5 billones de la Vía Láctea.

En cambio, estas galaxias son “muy activas a la hora de formar estrellas, en proporción con su masa”, detalla este astrofísico.

La formación de las estrellas se está realizando “al mismo ritmo aproximadamente que la Vía Láctea” una rapidez “sorprendente en ese estadio inicial del Universo”, comenta el investigador.

Según Pieter van Dokkum, astrónomo de la universidad de Yale, el aporte del JWST es “una proeza tecnológica” y “todos los meses” el telescopio supera “las fronteras de la exploración”.

En febrero el James Webb localizó un grupo de seis galaxias de 500 a 700 millones de años de edad tras el Big Bang, aparentemente mucho más masivas de lo previsto.

Si la existencia de esas galaxias se viera confirmada por la espectroscopia, eso podría cuestionar parte de las teorías sobre la formación del universo.

DA

El mapa 2D más grande del cielo se hizo mucho más grande con la décima publicación de datos de los estudios DESI Legacy Imaging Surveys: un estudio de seis años que abarca casi la mitad del cielo.

Esta nueva entrega de datos añade una mayor cobertura tanto del cielo como de las longitudes de onda a los estudios existentes realizados con los datos de los telescopios de NOIRLab de NSF (National Science Foundation) en el Observatorio Kitt Peak (Arizona) y en Cerro Tololo (Chile).

El Universo está repleto de galaxias, cada una de ellas rebosante de miles de millones de estrellas. Si bien todas las galaxias brillan con gran intensidad, muchas están cubiertas de polvo, mientras que otras se encuentran tan lejos que, para los observadores de la Tierra, parecen sólo unas tenues manchas en el cielo. La creación de mapas completos de las galaxias más tenues y distantes, permite a los astrónomos estudiar mejor la estructura del Universo y revelar las misteriosas propiedades de la materia oscura y la energía oscura.

Así, el mapa más grande hasta la fecha acaba de crecer mucho más, con la décima publicación de los datos del estudio Legacy Imaging Survey del Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de EE.UU (DOE por sus siglas en inglés).

Este estudio expande los datos incluidos en dos estudios anteriores: el Dark Energy Camera (DECam) Legacy Survey y el Beijing-Arizona Sky Survey. Juntos, estos tres estudios tomaron imágenes de 14.000 grados cuadrados del cielo visible del hemisferio norte utilizando los telescopios del Observatorio Kitt Peak (KPNO) y de Cerro Tololo (CTIO) en Chile, ambos de NOIRLab de NSF.

Este ambicioso trabajo de seis años involucró a tres telescopios, un petabyte (1.000 billones de bytes) de datos y 100 millones de horas de CPU en uno de los computadores más poderosos del mundo localizado en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía del DOE de EE.UU.

Este esfuerzo culminó con la producción del mapa bidimensional más grande del cielo jamás creado hasta la fecha. Con las observaciones colectivas de la cámara Mosaic-3 instalada en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall y la cámara 90Prime en el Telescopio Bok de 2,3 metros de la Universidad de Arizona (ambas situadas en Kitt Peak), así como la Cámara de Energía Oscura (DECam por sus siglas en inglés) -construida por el DOE- que se encuentra en el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco en Cerro Tololo, Chile.

Uno de los principales objetivos de este mapa es identificar alrededor de 40 millones de galaxias para el Estudio Espectroscópico de cinco años de DESI, cuyo objetivo es comprender la energía oscura al estudiar la historia de la expansión del Universo de los últimos 12 mil millones de años. El proyecto DESI ha seleccionado sus galaxias objetivos y el estudio espectroscópico ya se encuentra en marcha. Sin embargo, el equipo pretende en lo posible crear el mapa más completo del cielo, por lo que se han añadido más imágenes y procesos mejorados a los Legacy Surveys para incluir los datos faltantes.

En particular, la décima entrega de datos se centra en la integración de nuevas imágenes de DECam del cielo extragaláctico austral, especialmente en áreas alejadas del disco de la Vía Láctea, que son ideales para observar el cosmos en grandes distancias.

Con la adición de las imágenes del cielo austral en la nueva entrega de datos, los Legacy Surveys se han expandido a más de 20.000 grados cuadrados (casi la mitad del cielo). Además, esta nueva publicación incluye imágenes del cielo tomadas con un filtro de color adicional, capaz de muestrear la luz infrarroja justo más roja de lo que puede ver el ojo humano. Esta adición al área cubierta del mapa y a la cobertura de longitud onda hará que los datos sean útiles para un mayor número de científicos.

“Los datos en el infrarrojo cercano que se incorporaron al Legacy Survey nos permitirá calcular mejor los desplazamientos al rojo de las galaxias distantes, es decir, el tiempo que tardó la luz de esas galaxias en llegar a la Tierra”, explicó en un comunicado Alfredo Zenteno, astrónomo de NOIRLab de NSF.

“Esto es esencial para los estudios en longitudes de onda de radio y rayos X que necesitan una visión 'óptica' completa para identificar el origen de la emisión, como los cúmulos de galaxias y los agujeros negros activos supermasivos”, indicó Mara Salvato, investigadora del Instituto Max Plack de Física Extraterrestre (MPE por sus siglas en inglés) y portavoz del Estudio eROSITA de DECam (DeROSITAS).

Europa Press.

IG

Como en las grandes ocasiones, varias instituciones científicas habían convocado con ocho días de adelanto este 12 de mayo ruedas de prensa simultáneas en diferentes ciudades del mundo: Washington, Múnich, Tokio, México y Madrid, entre otras. El objetivo era anunciar un hallazgo “revolucionario, que cambia nuestra forma de entender el universo” en palabras de Rosa Menéndez, presidenta del CSIC, el organismo español convocante. Así fue: se trata de la primera imagen de Sagitario A*, un agujero negro supermasivo cuya existencia en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se presuponía; pero sin pruebas visuales. Hasta ahora.

El hallazgo es obra del Telescopio Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope, EHT, en sus siglas inglesas). En realidad, el EHT es una red sincronizada de radiotelescopios –de diversas instituciones científicas– que se extiende por México, Chile, el Polo Sur, Estados Unidos y España, que participa con el Observatorio del Instituto de Radioastronomía Milimétrica situado en el Pico Veleta, en Granada. Esa red funciona como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra.

La foto mostrada hoy ha sido generada combinando la información proporcionada por la red del EHT. Se trata del mismo método que se empleó en 2019 cuando el mismo equipo reveló la primera imagen de un agujero negro, también supermasivo: en esa ocasión fue el situado en el centro de la galaxia elíptica Messier 87, localizada a unos 54 millones de años luz de distancia.

Un “monstruo” que lo atrapa todo

Bastante más cerca, a unos 26.000 años luz de la Tierra, y con una masa unos cuatro millones de veces mayor que la del Sol, Sagitario A* es un monstruo que atrae cuerpos celestes, ondas electromagnéticas, gases, polvo y todo aquello que no se desplace más rápido que la velocidad la luz… (en nuestro universo, nada se desplaza más rápido que la luz).

La fuerza de atracción que desata ese agujero negro supermasivo es la que dota a la Vía Láctea –la galaxia en la que se halla nuestro Sistema Solar– de su característica forma espiral y elíptica. De hecho, cuando un agujero negro atrapa un objeto cósmico (por ejemplo, una estrella) se produce un proceso llamado 'espaguetificación' –no es broma– por el que el objeto sufre un estiramiento en formas finas y alargadas, como un espagueti.

Hasta ahora los astrónomos trabajaban con la hipótesis de que el “cuerpo central” de nuestra galaxia era un agujero negro supermasivo. Esa hipótesis se sostenía en datos indirectos, como el movimiento durante 10 años de la estrella S2 y su órbita elíptica en torno a la enigmática región central. Hoy, por fin, los investigadores –y el resto de la Humanidad– podemos ver Sagitario A*.

Lograr la primera prueba visual del centro de nuestra galaxia no ha sido fácil. El reto era todavía mayor que en el caso del agujero negro de Messier 87, porque entre la Tierra y el centro de nuestra galaxia hay mucho polvo y nubes de gases cósmicos.

Este hallazgo debería servir para contribuir a una de las grandes preguntas en torno a los agujeros negros: ¿Se formaron con masas tan elevadas desde el principio o su masa se va acumulando con el tiempo?

Distribución del EHT, un telescopio virtual del tamaño de la Tierra

Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado 'Uchuu', la simulación virtual más realista del universo lograda hasta la fecha, y lo ha conseguido gracias a ATERUI II, el superordenador japonés más potente del mundo que fue construido para facilitar la comprensión de los fenómenos astronómicos desde un punto de vista teórico. Esta simulación consta de 2.097.152.000.000 (2,1 billones) de partículas en un cubo de 9.630 millones de años luz de lado, una dimensión comparable a la mitad de la distancia que existe entre la Tierra y las galaxias más lejanas observadas, apunta el CSIC en una nota.

Para Julia Ferrer, investigadora del IAA-CSIC que utiliza Uchuu para estudiar la estructura a gran escala del universo, “ninguna otra simulación es capaz de mostrar tanta información manteniendo una alta resolución. Normalmente tienes que elegir entra una de las dos variables”. “Esperamos que Uchuu permita estudiar la evolución del universo con un nivel de detalle y un volumen de información sin precedentes, incluyendo la singularidad de poder observar distintos momentos de su dimensión temporal, prácticamente desde después del Big Bang hasta el presente”, señala Francisco Prada, investigador del IAA-CSIC.

Esta creación virtual, impulsada por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y en cuya elaboración han participado el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) estará a disposición de los grupos de investigación y de los usuarios de la nube del CESGA que quieran utilizarlo para sus estudios. En el proyecto también participan otros grupos de investigación de Japón, Estados Unidos, Argentina, Australia, Chile, Francia e Italia.

La evolución de la materia durante 13.800 millones de años de historia

Esta creación virtual también puede simular la evolución de la materia a lo largo de casi la edad total del universo: 13.800 millones de años de historia, 30 veces el tiempo transcurrido desde que la vida animal en la Tierra salió por primera vez de los océanos.

Así, Uchuu permitirá a los investigadores plantear ciertos escenarios, como la colisión de dos agujeros negros en el pasado, y estudiar estos fenómenos sin la necesidad de recurrir a observaciones directas. Para generar Uchuu los investigadores utilizaron todos los procesadores disponibles del superordenador ATERUI II durante un año entero; 40.200 núcleos de CPU trabajando durante 48 horas cada mes para hacer realidad este proyecto.

Tal y como explica Tomoaki Ishiyama, de la Universidad de Chiba (Japón) y encargado de desarrollar y ejecutar el código que crearía esta simulación, el resultado “son 3 petabytes de datos, el equivalente a casi un millón de fotos de un teléfono móvil de 12 megapíxeles”. Para almacenar tal cantidad de información y comprimirla en un formato que pueda funcionar incluso en la nube, los investigadores utilizaron técnicas computacionales de alto rendimiento.

El CESGA, centro mixto del CSIC y de la Xunta de Galicia, ha sido el encargado de alojar todos los datos de la simulación. El catálogo de Uchuu ya está disponible en la nube del CESGA y es totalmente gratuito. “Queremos que Uchuu esté a disposición de otros grupos de investigación que quizás no tengan capacidad ni dinero para producir su propia simulación. Al final es algo que nos beneficia a todos”, comenta Ferrer.

Los productos generados a partir de este universo virtual serán clave para comprender mejor los cartografiados de galaxias que se obtendrán con los experimentos terrestres DESI y PFS y la misión espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA). mEl equipo de Uchuu también está trabajando en una segunda publicación de datos que incluirá catálogos de galaxias virtuales y mapas de lentes gravitacionales.

Con información de agencia EFE.