Categoría: Ciencia

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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ALMA se alista para recibir al nuevo cerebro de datos astronómicos a 2900 metros de altura

Publicado el | por Andrea Riquelme
  • Se trata del proyecto “OSF Correlator Room” (OCRO, por sus siglas en inglés), una sala con infraestructura tipo data center muy similar a aquellas utilizadas por los centros de inteligencia artificial más modernos del mundo.

La tecnología avanza muy rápido, abriendo también oportunidades al Observatorio ALMA para modernizarse e incorporar los últimos adelantos tecnológicos a toda su cadena de valor, desde la captura de fotones hasta el procesamiento de datos, asegurando así la continuidad de sus operaciones en el largo plazo. En el marco de su iniciativa para «Mejorar la Sensibilidad de Banda Ancha de ALMA» (WSU) iniciada en 2019, prepara la llegada de su nuevo cerebro de datos astronómicos a 2900 metros de altura en 2026.

WSU constituye un plan de modernización y reemplazo de varios de los subsistemas más importantes del observatorio, que incluyen los receptores criogénicos ubicados dentro de cada antena, el sistema de transmisión de datos por fibra óptica, el nuevo correlacionador (el cerebro de ALMA) y toda la infraestructura necesaria para alojar este último súper computador.

Lo novedoso del proyecto OCRO y la sala para alojar al nuevo correlacionador radica en los avances tecnológicos que incorpora ALMA. La fabricación de semiconductores han seguido por décadas un progreso constante que es modelado por la Ley de Moore, y es que en promedio, cada 18 meses el número de transistores que pueden ser incorporados por unidad de área se duplica. Esto implica que los dispositivos electrónicos pueden procesar más instrucciones, siendo cada vez más pequeños y consumiendo menos energía.

El nuevo correlacionador de ALMA seguirá un patrón similar, de hecho, la concentración de chips y transistores será tal, que no podrá ser enfriado solo con aire (y menos a 2900 metros de altura, donde el aire es menos denso) y por tanto; se utilizará un sistema de enfriamiento por contacto directo de agua a través de un complejo sistema de cañerías e intercambiadores de calor. De esta forma, el correlacionador mantendrá una temperatura de operación segura mientras procesa datos a una capacidad de aproximadamente 1Tb/s por cada una de sus 66 antenas.

Juan Larraín, Project Manager de AUI/NRAO, socio norteamericano de ALMA, experto de data centers y quién está a cargo de este proyecto, asegura que esta nueva infraestructura constituirá un centro de procesamiento de datos de clase mundial. “Actualmente trabajamos en la red de abastecimiento eléctrico, acoplándonos a la red eléctrica del observatorio, en coordinación con los departamentos de ingeniería y seguridad, a fin de no interferir ni afectar la normal operación de ALMA. Una vez terminada la fase de energización, iniciaremos la ingeniería de detalles seguida de una revisión exhaustiva de cada entregable, antes de movilizar al contratista al observatorio e iniciar las obras civiles, la construcción, integración y puesta en marcha de todos los subsistemas”, sostiene.

«(…) Por otro lado, el WSU permitirá obtener más información en menos tiempo, algo así como pasar de ver un solo canal de televisión, a ver múltiples canales de forma simultánea y en 4k, maximizando de esta forma la cadena de valor del observatorio y la generación de datos científicos”, agrega.

OCRO es un proyecto de infraestructura necesario para proporcionar espacio, una conexión eléctrica con mayor capacidad, el complejo sistema de enfriamiento, protección contra incendios, soporte estructural para todos los racks, seguridad y control de acceso. Sin embargo, la ingeniería detrás de este proyecto no es el único desafío que enfrenta el equipo; construir un data center de estas características, único en Chile, en la altura y aislación donde se encuentra el Observatorio ALMA, representa un gran desafío para el equipo, las empresas y la logística.

Pero no acaba ahí, en ALMA y en NRAO son ambiciosos y quieren además incorporar e integrar simultáneamente estos nuevos sistemas que el observatorio sigue operando normalmente, a fin de no interrumpir la conexión a la comunidad astronómica que se beneficia de las observaciones, “esto nos obligará a extremar la coordinación y trabajar como un gran equipo, lo que ya hemos hecho antes y volveremos a hacer” – concluye Juan Larraín.

Acerca de AUI/NRAO

Associated Universities, Inc. (AUI) es una corporación estadounidense sin fines de lucro que, bajo convenio cooperativo con la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), opera el Observatorio Radioastronómico Nacional de los EE.UU. (NRAO). Actualmente, en Chile, en el contexto astronómico, AUI/NRAO colabora con instituciones de investigación de Europa y Asia del Este en el funcionamiento del Observatorio ALMA. En EE.UU., AUI/NRAO maneja, entre otras instalaciones científicas, el Observatorio Green Bank (GBO) en Virginia Occidental, el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) en Nuevo México, y el sistema de radio telescopios continental Very Long Baseline Array (VLBA).