Autor: María Fernanda Durán

La cosecha secreta del universo: ALMA revela “uvas cósmicas” junto al telescopio espacial James Webb

Publicado el | por María Fernanda Durán

Un equipo internacional ha descubierto una galaxia en rotación con una estructura bastante «grumosa» que existió tan solo 930 millones de años después del Big Bang (z = 6.072). Estas nuevas observaciones arrojan nuevas luces sobre el crecimiento y evolución de las galaxias en el universo primitivo. Apodada «Uvas Cósmicas», esta galaxia parece estar compuesta por al menos 15 cúmulos masivos de formación estelar, cada uno entre 10 y 60 pársecs de tamaño, muchos más de lo que los modelos teóricos actuales predicen que podrían existir dentro de un solo disco en rotación en esa época temprana del Universo.

El descubrimiento fue posible gracias a una extraordinaria combinación de observaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST), enfocadas en una sola galaxia que,  mediante el efecto de lente gravitacional, es perfectamente magnificada por un cúmulo de galaxias en primer plano. En total, se dedicaron más de 100 horas de telescopio a este sistema, lo que lo convierte en una de las galaxias más estudiadas del universo primitivo.

Aunque en imágenes previas del telescopio espacial Hubble la galaxia aparecía como un objeto suave y uniforme con forma de disco, la potente resolución de ALMA y JWST, potenciada por el efecto de lente gravitacional, reveló una imagen radicalmente distinta: una galaxia en rotación repleta de cúmulos masivos, similar a un racimo de uvas. Este hallazgo marca la primera vez que se vinculan las estructuras internas a pequeña escala con la rotación a gran escala en una galaxia típica del amanecer cósmico, alcanzando resoluciones espaciales de tan solo 10 pársecs (30 años luz aproximadamente).

Esta galaxia no representa un sistema extraño ni extremo. Se encuentra directamente en la secuencia principal de galaxias en términos de actividad de formación estelar, masa, tamaño y composición química, lo que significa que probablemente representa una población más amplia. De ser así, muchas otras galaxias aparentemente sin estructuras observadas por instrumentos actuales podrían estar compuestas en realidad por subestructuras similares invisibles, ocultas por las limitaciones de la resolución de las tecnologías actuales.

Dado que las simulaciones existentes no logran reproducir una cantidad tan grande de cúmulos en galaxias en rotación en épocas tempranas, este descubrimiento plantea preguntas clave sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias. Sugiere que nuestra comprensión de los procesos de retroalimentación y la formación de estructuras en galaxias jóvenes podría requerir una revisión significativa. Las Uvas Cósmicas ofrecen una ventana única al nacimiento y crecimiento de las galaxias, y podría ser solo la primera de muchas otras galaxias de su tipo. Futuras observaciones serán clave para revelar si estas estructuras grumosas eran o no comunes en la juventud del Universo.

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El artículo científico, titulado “Primordial rotating disk composed of at least 15 dense star-forming clumps at cosmic dawn”, fue publicado en la revista Nature Astronomy por Fujimoto et al.

Este comunicado de prensa se basa en la publicación original del National Radio Astronomy Observatory(NRAO), socio de ALMA en representación de América del Norte.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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Impresión artística de la galaxia «Uvas Cósmicas», compuesta por al menos 15 cúmulos masivos de formación estelar, muchos más de los que los modelos teóricos actuales predicen que podrían existir dentro de un solo disco giratorio en esta época temprana. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton.
Las Uvas Cósmicas aparecían inicialmente en datos anteriores del Hubble como una galaxia típica con un disco estelar liso (izquierda). Sin embargo, observaciones posteriores de alta resolución realizadas por el JWST (centro) y ALMA (derecha) revelaron que está compuesta por numerosos cúmulos estelares compactos incrustados en un disco de gas liso y giratorio. Los colores rojo y azul del panel derecho representan los movimientos del gas desplazados al rojo y al azul, respectivamente, que trazan la rotación del disco. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton
Las Uvas Cósmicas aparecían inicialmente en datos anteriores del Hubble como una galaxia típica con un disco estelar liso. Sin embargo, observaciones posteriores de alta resolución realizadas por el JWST y ALMA revelaron que está compuesta por numerosos cúmulos estelares compactos incrustados en un disco de gas liso y giratorio. Los colores rojo y azul del panel derecho representan los movimientos del gas desplazados al rojo y al azul, respectivamente, que trazan la rotación del disco. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton.

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Desde Chile ALMA revela estructuras ocultas en las primeras galaxias del universo

Publicado el | por María Fernanda Durán

Un equipo internacional de astrónomas y astrónomos utilizó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar el universo primitivo y descubrir las piezas fundamentales con las que se formaron las galaxias. El programa CRISTAL, sigla en inglés de [CII] Resolved ISM in STar-forming galaxies with ALMA, reveló la presencia de gas frío, polvo y nacimientos estelares en galaxias observadas tal como eran cuando el universo tenía apenas mil millones de años.

“Gracias a la sensibilidad y resolución únicas de ALMA, hoy podemos estudiar la estructura interna de estas galaxias jóvenes como nunca antes había sido posible”, señala Rodrigo Herrera-Camus, investigador principal del programa CRISTAL, profesor de la Universidad de Concepción y director del Núcleo Milenio para la Formación de Galaxias (MINGAL). “CRISTAL nos está mostrando cómo se formaron los primeros discos galácticos, cómo surgieron estrellas en enormes cúmulos y cómo el gas moldeó las galaxias que vemos en la actualidad.”

CRISTAL, un programa grande (Large Program) de ALMA, observó 39 galaxias formadoras de estrellas seleccionadas por representar a la población más común en el universo temprano. Para trazar el gas frío y el polvo, el equipo utilizó la emisión de la línea [CII], un tipo específico de luz emitida por átomos de carbono ionizado en el gas interestelar frío. Estas observaciones se combinaron con imágenes en el infrarrojo cercano tomadas por los telescopios espaciales James Webb y Hubble, logrando así un mapa detallado del medio interestelar en cada sistema. Entre los principales hallazgos, se observó que la mayoría de las galaxias presentaban nacimientos estelares en grandes cúmulos de varios miles de años luz de extensión, lo que permite entender cómo se ensamblan y evolucionan las regiones de formación estelar. Algunas galaxias mostraron señales de rotación, lo que indica la formación temprana de estructuras similares a discos, precursoras de galaxias espirales modernas. En muchos casos, la emisión de [CII] se extendía más allá de donde se observa la luz de las estrellas, señalando la presencia de gas frío que podría alimentar futuros nacimientos estelares o ser expulsado por vientos estelares.

“Lo emocionante del programa CRISTAL es que no estamos viendo simplemente puntos de luz, sino ecosistemas complejos”, explicó Loreto Barcos-Muñoz, coautora del estudio, astrónoma del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) de Estados Unidos y punto de contacto científico de ALMA para esta investigación. “Este proyecto demuestra cómo ALMA puede resolver la estructura interna de galaxias incluso en el universo lejano, revelando cómo evolucionan, interactúan y forman nuevas estrellas.”

Entre las galaxias observadas, dos casos llamaron particularmente la atención. CRISTAL-13 muestra enormes nubes de polvo cósmico que bloquean la luz visible de las estrellas recién nacidas. Esta luz es absorbida y reemitida en longitudes de onda milimétricas que ALMA sí puede detectar, revelando estructuras completamente ocultas para telescopios ópticos o infrarrojos. CRISTAL-10, en cambio, es un caso enigmático: su emisión de carbono ionizado es inusualmente débil en comparación con su brillo infrarrojo, un fenómeno que solo se ha visto en galaxias muy enrojecidas y polvorientas como Arp 220, en el universo cercano. Esto sugiere condiciones físicas extremas o una fuente de energía inusual en su medio interestelar.

“Estas observaciones refuerzan el rol de ALMA no solo como telescopio, sino también como una verdadera máquina del tiempo, que nos permite mirar hacia las primeras etapas del universo”, afirmó Sergio Martín, jefe del Departamento de Operaciones Científicas de ALMA. “Programas como CRISTAL muestran el valor estratégico de los Large Programs: permiten abordar grandes preguntas sobre la evolución cósmica con una profundidad y resolución que solo un observatorio de clase mundial como ALMA puede ofrecer.”

Al realizar el primer estudio sistemático del gas frío en galaxias tempranas y compararlo con sus estrellas y polvo, CRISTAL abre una nueva ventana al pasado cósmico. Este trabajo sienta las bases para futuras observaciones que podrían revelar cómo las galaxias pasaron de fases turbulentas a convertirse en los sistemas estructurados que observamos en el universo cercano. “CRISTAL nos entrega datos de múltiples longitudes de onda que nos permiten poner a prueba y perfeccionar nuestras teorías sobre la evolución de las galaxias”, concluyó Herrera-Camus. “Es un gran paso para entender cómo se formaron galaxias como la Vía Láctea.”

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Esta investigación fue publicada bajo el título «The ALMA-CRISTAL survey: Gas, dust, and stars in star-forming galaxies when the Universe was ∼1 Gyr old» [El sondeo ALMA-CRISTAL: gas, polvo y estrellas en galaxias formadoras de estrellas cuando el Universo tenía aproximadamente 1.000 millones de años] en Astronomy & Astrophysics por R. Herrera-Camus et al.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio ALMA.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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Retrato de familia de galaxias del programa CRISTAL. Se observa el gas frío detectado por ALMA a través de la emisión de [CII]. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / R. Herrera-Camus
Retrato de familia de galaxias del programa CRISTAL. En rojo se observa el gas frío detectado por ALMA a través de la emisión de [CII]. En azul y verde, la luz estelar captada por los telescopios espaciales Hubble y James Webb. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / HST / JWST / R. Herrera-Camus
Zoom a la emisión de una galaxia primitiva observada en el sondeo CRISTAL. De izquierda a derecha, la imagen muestra la luz estelar captada por los telescopios espaciales James Webb y Hubble, así como el gas frío y la rotación de la galaxia, trazados por ALMA mediante la emisión de carbono ionizado. Crédito: ALMA / HST / JWST / R. Herrera-Camus
Ilustración artística de CRISTAL-13. Las regiones ricas en polvo ocultan estrellas recién nacidas, cuya energía es reemitida en longitudes de onda milimétricas detectables por ALMA. A la derecha, los cúmulos estelares jóvenes despejan el polvo y brillan visiblemente en las imágenes del JWST y HST. Crédito: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton

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AUI/NRAO participa en actividades del Día de la Astronomía 2025

Publicado el | por María Fernanda Durán

El Día de la Astronomía se celebra cada 21 de marzo a lo largo del país con cientos de actividades gratuitas organizadas por una amplia variedad de instituciones, que buscan acercar la ciencia a niños, niñas, jóvenes y adultos de todo Chile. Al igual que en años anteriores, como AUI/NRAO estuvimos presentes en distintas actividades a lo largo de la semana.

Las celebraciones comenzaron el viernes 14 de marzo, con el aniversario número 40 del Planetario de la Universidad de Santiago de Chile (USACH), «estamos felices y honradas de haber participado del aniversario de los 40 años del planetario. Planetario tiene una larga historia inspirando a estudiantes y público general y acercando la astronomía a todos, no solo eso, si no que fue uno de los tres impulsores del establecimiento del día de la astronomía en Chile” comentó Sonia Duffau, subgerente de divulgación de AUI/NRAO.

El miércoles 19 de marzo Alejandra Meza, mentora de PROVOCA, realizó una charla a 35 estudiantes de segundo medio en el Liceo 7 de Providencia, titulada “Mundos Habitables: la búsqueda de vida más allá de la Tierra”, la cual abordaba temáticas como la astrobiología y la búsqueda de planetas habitables. Pamela Mondaca, profesora del Liceo 7, destacó la actividad señalando que desde el Departamento de Física habían notado que no estaban alcanzando a ver las unidades relacionadas con la astronomía en clases y no se estaba impartiendo el electivo de Física, por lo que decidieron reorganizar la planificación y comenzar el año con estas unidades para poder celebrar por primera vez la Semana de la Astronomía en el liceo.

La profesora agregó por su parte que “la enseñanza de la astronomía es importante porque fomenta la curiosidad, desarrolla habilidades científicas, promueve la comprensión del universo y prepara a las y los estudiantes para carreras científicas y tecnológicas”. Millaray Albornoz, estudiante del 2°E, valoró la actividad señalando: “Lo que más me gustó de la charla fue que explicó todo sobre qué es la vida y los mundos habitables de una manera fácil para que lo entendiéramos estudiantes de segundo medio, ya sea dando ejemplos o asegurándose de que todos fuéramos al mismo ritmo que ella y, a pesar de que explicara de una manera más ‘fácil’, se adentraba en temas que pueden ser algo complejos, como explicar de qué manera se estudian los exoplanetas, pero aún así todos le podíamos llevar el paso. Es emocionante saber que alguien que estudió bajo nuestra misma institución pueda llegar tan lejos y estudiar temas tan difíciles como la astrofísica, y que nosotros que seguimos siendo estudiantes también podemos llegar igual de lejos que ella”.

También estuvimos presentes en la Región de Los Lagos durante el jueves 20 y viernes 21, donde la mentora PROVOCA Jennifer Anguita impartió dos talleres para estudiantes de Osorno. El primero, llamado “¿Invierno o verano? ¿Día o noche?”, tenía por objetivo enseñar a los niños y niñas sobre las estaciones del año y las características del día y la noche y fue dictada en la Escuela Particular n°168 de Cumilelfu, una escuela unidocente con 11 estudiantes. La segunda actividad fue el taller “Bienvenido Otoño: celebrando el día de la astronomía” en el Liceo Eleuterio Ramírez de Osorno, que trataba sobre los movimientos de la Tierra, cómo estos dan lugar a la llegada del otoño y la importancia del desarrollo de la astronomía en nuestro país.

“Poder descentralizar estas actividades es muy importante. En Santiago se produjeron más de la mitad de las actividades que se hicieron en todo este mes de marzo y lamentablemente pocas de ellas se realizan fuera de la Región Metropolitana, por ende, tener esta representatividad del observatorio y del Día de la Astronomía fuera de Santiago es muy relevante para que más científicos y científicas vengan al sur de cualquier parte de Chile” señaló Jennifer Anguita.

Volviendo a Santiago, durante el viernes 19 fuimos parte del “Puertas Abiertas de ALMA-ESO”, en el cual contamos con telescopios solares junto a voluntarios de ESO y ALMA y monitores la Municipalidad de Cerro Navia, quienes además facilitaron más telescopios para la actividad. Alejandra Meza y Josefina Vera, mentoras de PROVOCA, le enseñaron al público sobre diversos temas como las escalas del sistema solar, agujeros negros y la evolución galáctica, por nombrar algunos. Mientras que Sonia Duffau y María Fernanda Durán explicaban el funcionamiento del Sol como una estrella. Además había un stand de la iniciativa PROVOCA, invitando al público a estar atento a la próxima convocatoria, la cual estará abierta hasta el 28 de abril.

Cerramos la semana con broche de oro en la Fiesta de la Astronomía en el Museo Interactivo Mirador (mim), a la cual asistieron miles de personas quienes disfrutaron de una amplia variedad de actividades, talleres y charlas gratuitas. Contamos con tres actividades a lo largo del día y comenzamos temprano en la Plaza Solar observando el Sol, Sergio Vázquez, astrónomo del mim, comentó: “Fue sumamente interesante lo que ocurrió en la observación solar, donde tuvimos a más de 9 instituciones y más de 30 voluntarios, todos ellos con el afán de compartir la observación del sol con cada uno de los visitantes que nos acompañaron durante el dia”.

Dictamos el taller “Escalas del Sistema Solar” dos veces durante la jornada. Estos fueron muy bien recibidos por los participantes, quienes aprendieron las verdaderas escalas de la Tierra y la Luna modelándolos con plastilina y las distancias entre los objetos de nuestro sistema solar a través de actividades manuales e interactivas. Además tuvimos un stand durante el día donde le hablamos a los asistentes sobre una amplia variedad de temas, como conceptos astronómicos, la iniciativa PROVOCA, los observatorios de NRAO y la diferencia entre los telescopios ópticos y los radiotelescopios. “Es siempre muy emocionante ver a grupos familiares o de amigos participar y disfrutar juntos de actividades lúdicas, abriendo la puerta al asombro y aprendizaje a cualquier edad”, señala María Fernanda Durán, coordinadora de educación y divulgación de AUI/NRAO.

“Para nosotros como Museo Interactivo de la Astronomía el Día de la Astronomía es una instancia sumamente importante porque nos permite, junto con una serie de colaboradores y miembros del ecosistema de la difusión, poder compartir la emoción que sentimos por esta ciencia. Una de las cosas más relevantes de esta celebración y en particular de lo que ocurrió en el mim es que pudimos estar distintos colegas, distintas instituciones colaboradoras, todas en un mismo propósito que es compartir la astronomía con el público general”, concluyó Sergio Vázquez.