Galaxias superpoderosas

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n equipo de la Universidad de Cornell que opera el Espectrógrafo Infrarrojo (IRS = Infrared Spectrograph), el más grande de los tres instrumentos principales a bordo del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, descubrió una misteriosa población de galaxias distantes y enormemente poderosas que irradian en el espectro infrarrojo con una energía varios cientos de veces superior a la de nuestra Vía Láctea. La distancia que las separa de la Tierra es de unos 11 mil millones de años, o sea un 80% del camino hacia el Big Bang.

Prácticamente todo lo que sabemos sobre esta nueva clase de objetos es especulación educada, dicen los investigadores, ya que las galaxias son invisibles para los telescopios ópticos con base en tierra, aún para los que pueden observar el universo más profundo. “Pensamos que tenemos una idea de lo que son, pero no tenemos porqué estar necesariamente en lo cierto”, dice el investigador asociado principal en astronomía de Cornell, Dan Weedman.

Entre las ideas probables está la de que estos cuerpos misteriosos son galaxias ultraluminosas en el infrarrojo, impulsadas ya sea por núcleos galácticos activos (AGN = Active Galactic Nuclei) o por estallidos masivos de formación estelar. Los AGN deben su energía a la caída de materia hacia un agujero negro masivo, mientras que los estallidos masivos de formación estelar son a menudo disparados por la colisión de dos o más galaxias.

Lo que destaca a los objetos estudiados por el equipo Spitzer es que los AGN conocidos hasta la fecha “no son ni siquiera aproximadamente tan poderosos, tan lejanos, o tan cubiertos de polvo” como estos cuerpos, dice Weedman.

El descubrimiento del grupo de Cornell apareció en el número del 1 de marzo de 2005 de Astrophysical Journal Letters, publicada por la Sociedad Astronómica Americana. El telescopio Spitzer, quien comenzó su viaje recorriendo la órbita terrestre alrededor del Sol en agosto de 2003, es el último de los Grandes Observatorios de la NASA (el Hubble fue el primero).

El equipo IRS utilizó datos obtenidos por los telescopios de la Fundación Nacional de Ciencia en el Observatorio Nacional de Kitt Peak para la Inspección Gran Angular Profunda del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NOAO = National Optical Astronomy Observatory). También utilizó un catálogo de fuentes infrarrojas obtenido en una investigación realizada a principios de 2004 por otro de los instrumentos del telescopio Spitzer, el Fotómetro Multibanda de Imágenes de Spitzer (MIPS = Multiband Imaging Photometer for Spitzer).

De las miles de fuentes MIPS localizadas dentro de una zona de tres grados cuadrados del cielo en la constelación de Boötes (el Boyero), el equipo IRS seleccionó y observó 31 de ellas que son bastante brillantes en el infrarrojo pero invisibles para la inspección realizada por NOAO.

“La Inspección Gran Angular Profunda de NOAO es la mejor investigación óptica disponible para comparar con nuestros datos”, dice Weedman. “La realización de este descubrimiento habría sido mucho más difícil si no se hubiera tenido un área tan grande para las comparaciones. Estos datos de NOAO nos permitieron comparar el cielo en longitudes de onda ópticas e infrarrojas y hallar cosas que nunca antes habían sido vistas”.

Espectro de luz de una polvorienta galaxia lejana situada a 11 000 millones de años luz de distancia. Los espectros diseminan la luz en sus partes básicas, como un prisma que convierte la luz solar en un arcoiris. Contienen las firmas, o “huellas dactilares” de las moléculas que contribuyen para la luz de un objeto. El espectro de esta galaxia revela la presencia de polvo de silicio (la gran depresión a la derecha), un bloque constituyente planetario parecido a la arena, pero más pequeño.

Esta firma en particular es importante porque ayudó a los astrónomos a determinar la distancia hasta la galaxia, o más específicamente, cuanto de la luz de la galaxia se había “estirado” o corrido hacia el rojo durante su largo viaje hasta los ojos de Spitzer. Se descubrió que esta galaxia tenía un corrimiento o “Z” de 1,95, lo que significa que a la luz le llevó unos 11 000 millones de años para llegar hasta aquí.

La firma del silicio es también significativa porque implica que las galaxias estaban ya maduras para la formación planetaria hace 11 000 millones de años, cuando el universo tenía unos 3 000 millones de años de edad (se estima que actualmente tiene unos 15 000 millones de años de edad). Esto es lo más lejano en el tiempo en que se ha detectado silicio alrededor de una galaxia. Los datos fueron obtenidos por Spitzer en julio de 2004.

El área de Boötes fue elegida por el equipo NOAO a causa de la ausencia de polvo oscurecedor en nuestra galaxia, presentando así una visión clara del cielo distante.

Los primeros indicios de estos objetos misteriosos, brillantes en el infrarrojo pero ópticamente invisibles, se presentaron en 1983 en un artículo publicado por James Houck, profesor de astronomía Kenneth A. Wallace de Cornell, e investigador principal de IRS. Houck esta interpretando los datos obtenidos por otra sonda con la que estaba involucrado, el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS = Infrared Astronomical Satellite), la primera misión astronómica dedicada a investigar los cielos en busca de fuentes infrarrojas.

Más de una década después, estos extraños objetos fueron registrados nuevamente por el Observatorio Espacial Infrarrojo de la Agencia Espacial Europea.

“Spitzer es más de 100 veces más sensible que IRAS para la detección de objetos en las longitudes de onda del infrarrojo”, dice Houck.

“Estos cuerpos celestes están tan lejos de nuestra Vía Láctea que los detectamos tal como eran cuando el universo tenía apenas un 20% de su edad actual”, dice Sarah Higdon, una investigadora asociada en el Departamento de Astronomía de Cornell, y que encabezó el grupo que desarrolló el programa de computadora que analizó los datos de Spitzer.
 
Además de encontrarse a tal increíble distancia, estos objetos están también rodeados por una gran cantidad de polvo, que el investigador asociado de astronomía de Cornell Jim Higdon describe como “del tamaño de partículas de humo, hechas de silicatos”.

Otros autores del artículo publicado en Astrophysical Journal Letters son: Terry Herter y Vassilis Charmandaris de Cornell; L. Armus, H. L. Teplitz y B. T. Soifer del Centro de Ciencia Espacial de Spitzer; M. J. I. Brown, A. Dey y B. T. Jannuzi de NOAO; E. Le Floc’h y M. Rieke del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona; y Bernhard Brandl del Observatorio de Leiden en Holanda.

El IRS, el más sensible espectrógrafo infrarrojo que haya sido enviado al espacio, es una empresa conjunta entre Cornell y Ball Aerospace financiada por la NASA a través del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) y el Centro Ames de Investigación.

JPL dirige el Telescopio Espacial Spitzer para la NASA.

NOAO es operada por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, S. A., bajo un acuerdo cooperativo con la Fundación Nacional de Ciencias.