Cinco décadas en astronomía milimétrica de punta: desde el descubrimiento de moléculas en el espacio hasta la obtención de imágenes de nuevos sistemas solares
Associated Universities, Inc. (AUI) y el Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos (NRAO) otorgaron la Cátedra Karl G. Jansky 2023 al Dr. Paul A. Vanden Bout, científico senior emérito de NRAO. La Cátedra Jansky es un honor establecido por los fideicomisarios de AUI para reconocer las destacadas contribuciones al avance de la radioastronomía.
Después de obtener su doctorado de la Universidad de California, Berkeley, el Dr. Vanden Bout fue pionero en el trabajo en astronomía de longitud de onda milimétrica en el Observatorio McDonald. Fue Director de NRAO de 1985 a 2002, y supervisó la finalización del Very Long Baseline Array, el Telescopio Green Bank, el Very Large Array extendido, ahora llamado Jansky Very Large Array, y el inicio del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA). Fue Director Interino de ALMA de 2002 a 2003 y Jefe Interino del Centro Científico ALMA de Norteamérica de 2004 a 2005. ALMA es uno de los proyectos astronómicos más grandes del mundo, un conjunto complejo de 66 radiotelescopios ubicados en lo alto del Altiplano chileno. Uno de los mayores desafíos fue simplemente garantizar que ALMA tuviera éxito. “Todo gran proyecto tiene dificultades de financiamiento y situaciones complicadas. ALMA no fue la excepción”, afirmó el Dr. Vanden Bout. Más allá de su servicio como Director de NRAO, el Dr. Vanden Bout ha publicado casi 100 artículos de investigación. También es el primer autor de “El telescopio ALMA: la historia de un megaproyecto científico”, publicado por Cambridge University Press en 2023.
El Dr. Vanden Bout dictará su Cátedra Jansky, titulada “Astronomía milimétrica en NRAO – Algunos recuerdos personales”, en Charlottesville, VA, el miércoles 8 de noviembre; en el Observatorio de Green Bank en Green Bank, Virginia Occidental, el jueves 9 de noviembre; y en Socorro, NM, el viernes 17 de noviembre.
Otorgada por primera vez en 1966, la Cátedra Jansky lleva el nombre del hombre que, en 1932, detectó por primera vez ondas de radio de una fuente cósmica. El descubrimiento de las ondas de radio provenientes de la región central de la Vía Láctea realizado por Karl Jansky inició la ciencia de la radioastronomía.
Otros ganadores del premio Jansky incluyen ocho premios Nobel (los doctores Subrahmanyan Chandrasekhar, Edward Purcell, Charles Townes, Arno Penzias, Robert Wilson, William Fowler, Joseph Taylor y Reinhard Genzel), así como las doctoras Jocelyn Bell-Burnell, descubridora del primer pulsar, y Vera Rubin, descubridora de la materia oscura en las galaxias.
El Observatorio Nacional de Radioastronomía y el Observatorio Green Bank son instalaciones de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), operadas bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc. (AUI).
Un equipo internacional de investigación utilizó el poder del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar los inicios de la formación de planetas. Dirigido por el profesor asistente de proyecto, Satoshi Ohashi, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), el equipo enfocó su estudio en una protoestrella llamada DG Taurus (DG Tau), la que mostró un disco protoplanetario liso e impecable, revelando las condiciones existentes justo antes de que planetas comiencen a formarse.
La comunidad científica cree que los planetas surgen del polvo y gas interestelar en el disco circundante de una protoestrella. Sin embargo, el inicio de este proceso transformador sigue siendo enigmático. Si bien muchos discos observados con ALMA muestran estructuras en forma de anillos, lo que sugiere la presencia de planetas, ha sido difícil encontrar un disco prístino sin tales indicadores.
Las observaciones de DG Tau, una protoestrella relativamente joven, han supuesto un gran avance. Utilizando ALMA, el equipo detectó un disco uniformemente liso, desprovisto de los patrones de anillos característicos que a menudo se encuentran en las protoestrellas más antiguas. Esta observación subraya la creencia de que DG Tau podría estar al borde de la formación de un planeta. Descifrar los orígenes de planetas similares a la Tierra es fundamental para comprender los inicios de la vida.
Ampliando su investigación, el equipo observó el disco en diferentes longitudes de onda, obteniendo información sobre el tamaño y la distribución del polvo. Los hallazgos sugieren curiosamente que las regiones exteriores del disco son el posible punto de partida para la formación de planetas, desafiando las creencias previas de que el disco interior fue el punto inicial. En particular, la capainterna del disco exhibió una alta proporción de polvo – gas, lo que sugiere que el disco está listo para una pronta formación de planetas.
«Hasta ahora, ALMA ha logrado capturar una amplia variedad de estructuras de discos y ha revelado la existencia de planetas. Por otro lado, para responder a la pregunta: ‘¿Cómo comienza la formación de planetas?’, es importante observar un disco liso sin señales de formación de planetas. Creemos que este estudio es muy importante porque revela las condiciones iniciales para la formación planetaria», comentó el profesor Satoshi Ohashi sobre la importancia de este hallazgo.
Información adicional
Esta investigación fue publicada en el Astrophysical Journal el 28 de agosto de 2023, como «Enriquecimiento de polvo y crecimiento de granos en un disco liso alrededor de la protoestrella DG Tau revelado por observaciones de frecuencia de bandas triples de ALMA» [Dust Enrichment and Grain Growth in a Smooth Disk around the DG Tau Protostar Revealed by ALMA Triple Bands Frequency Observations] (DOI: 10.3847/1538-4357/ace9b9).
Este proyecto también cuenta con el apoyo de subvenciones de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (KAKENHI: Nos. JP18H05441, JP19K23469, JP20K04017, JP20K14533, JP20H00182, JP22H01275, JP23H01227), el proyecto pionero de RIKEN sobre la evolución de la materia en el Universe, la subvención DFG «INSIDE: The INNER Regions of protoplanetary disks: SImulations and obsErvations» (proyecto nº 465962023), el programa de investigación e innovación EC H2020 para el proyecto «Astro-Chemical Origins» (ACO, nº 811312) y el PRIN-MUR 2020 MUR BEYOND-2p (Astroquímica más allá de los elementos del segundo periodo, Prot. 2020AFB3FX).
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) en Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus Estados miembros, por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI) en nombre de América del Norte, y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona el liderazgo unificado y la gestión de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.
Imágenes
Imágenes de ALMA de alta resolución del disco protoplanetario que rodea a DG Taurus en una longitud de onda de 1,3 mm. La apariencia suave, sin estructuras en forma de anillos, indica una fase poco anterior a la formación de planetas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Ohashi, et al.El panel superior muestra los mapas de intensidad de las ondas de radio del disco DG Tau en tres longitudes de onda: 0,87 mm, 1,3 mm y 3,1 mm. Junto a estos están los mapas de intensidad de polarización para longitudes de onda de 0,87 mm y 3,1 mm, que muestran las ondas de radio dispersadas por el polvo. El panel inferior presenta la simulación óptima, alineada con los resultados observados. Esta visión multifacética ofrece una comprensión más profunda de los procesos que tienen lugar en el disco. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Ohashi, et al.
Utilizando el conjunto de antenas ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un equipo científico ha detectado el campo magnético de una galaxia tan lejana que su luz ha tardado más de 11.000 millones de años en llegar hasta nosotros: la vemos como era cuando el Universo tenía solo 2.500 millones de años. El resultado proporciona pistas vitales sobre cómo surgieron los campos magnéticos de galaxias como nuestra propia Vía Láctea.
En el Universo hay muchos cuerpos astronómicos que cuentan con campos magnéticos, ya sean planetas, estrellas o galaxias. «Muchas personas podrían no ser conscientes de que toda nuestra galaxia y otras galaxias están entrelazadas por campos magnéticos que abarcan decenas de miles de años luz«, declara James Geach, profesor de astrofísica en la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) y autor principal del estudio publicado hoy en la revista Nature.
«En realidad, a pesar de ser bastante importantes por cómo influyen en la evolución de las galaxias, sabemos muy poco sobre cómo se forman estos campos«, agrega Enrique López Rodríguez, investigador de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), que también participó en el estudio. No queda claro ni en qué momento de la vida temprana del Universo ni con qué rapidez se forman los campos magnéticos en las galaxias, ya que hasta ahora la comunidad astronómica solo ha mapeado los campos magnéticos de galaxias cercanas a nosotros.
Utilizando ALMA, Geach y su equipo han descubierto un campo magnético completamente formado en una galaxia distante, similar en estructura a lo que se observa en galaxias cercanas. El campo es aproximadamente 1000 veces más débil que el campo magnético de la Tierra, pero se extiende a lo largo de más de 16.000 años luz.
«Este descubrimiento nos da nuevas pistas sobre cómo se forman los campos magnéticos a escala galáctica«, explica Geach. Observar un campo magnético completamente desarrollado tan temprano en la historia del Universo indica que los campos magnéticos que abarcan galaxias enteras pueden formarse rápidamente mientras las galaxias jóvenes aún están creciendo.
El equipo cree que la intensa formación estelar en el Universo temprano podría haber jugado un papel en la aceleración del desarrollo de los campos. Además, estos campos pueden a su vez influir en cómo se formarán las generaciones posteriores de estrellas. El coautor y astrónomo del Observatorio Europeo Austral (ESO), Rob Ivison, afirma que el descubrimiento abre «una nueva ventana al funcionamiento interno de las galaxias, porque los campos magnéticos están vinculados al material que está formando nuevas estrellas«.
Para llevar a cabo esta detección, el equipo buscó la luz emitida por los granos de polvo de una galaxia distante, 9io9 [1]. Las galaxias están plagadas de granos de polvo y cuando hay un campo magnético presente, los granos tienden a alinearse y la luz que emiten se polariza. Esto significa que las ondas de luz oscilan a lo largo de una dirección preferida en lugar de al azar. Cuando ALMA detectó y mapeó una señal polarizada proveniente de 9io9, se confirmó por primera vez la presencia de un campo magnético en una galaxia muy distante.
«Ningún otro telescopio podría haberlo logrado«, afirma Geach. Se espera que, con esta y con futuras observaciones de campos magnéticos distantes, pueda empezar a desentrañarse el misterio de cómo se forman estas características galácticas tan importantes.
Notas
[1] 9io9 fue descubierta durante el desarrollo de un proyecto de ciencia ciudadana. El descubrimiento se llevó a cabo en el año 2014, en colaboración con los espectadores del programa de televisión británico de la BBC “Stargazing Live”, cuando a lo largo de tres noches se le pidió a la audiencia que examinara millones de imágenes en busca de galaxias distantes.
Información adicional
Esta investigación se ha presentado en un artículo publicado en la revista Nature.
El equipo está formado por J. E. Geach (Centro de Investigación en Astrofísica, Escuela de Física, Ingeniería y Ciencias de la Computación, Universidad de Hertfordshire, Reino Unido [Hertfordshire]); E. López-Rodríguez (Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología, Universidad de Stanford, EE.UU.); M. J. Doherty (Hertfordshire); Jianhang Chen (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania [ESO]); R. J. Ivison (ESO); G. J. Bendo (Sede Central Regional de ALMA en Reino Unido, Centro de Astrofísica Jodrell Bank, Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Mánchester, Reino Unido); S. Dye (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Nottingham, Reino Unido); y K. E. K. Coppin (Hertfordshire).
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) en Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus Estados miembros, por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI) en nombre de América del Norte, y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona el liderazgo unificado y la gestión de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.
Imágenes
Esta imagen, que muestra la orientación del campo magnético en la galaxia distante 9io9 (vista aquí cuando el Universo tenía solo el 20% de su edad actual), es la detección más lejana hecha hasta el momento del campo magnético de una galaxia. Las observaciones se realizaron con el conjunto de antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). De algún modo, los granos de polvo de 9io9 se alinean con el campo magnético de la galaxia, por lo que emiten luz polarizada (esto significa que las ondas de luz oscilan a lo largo de una dirección preferente en lugar de al azar). ALMA detectó esta señal de polarización, a partir de la cual los astrónomos y astrónomas del equipo pudieron calcular la orientación del campo magnético, que en la imagen de ALMA se muestran como líneas curvas superpuestas. Debido a que la señal de luz polarizada emitida por el polvo alineado magnéticamente en 9io9 era extremadamente débil (representando solo el uno por ciento del brillo total de la galaxia), utilizaron un ingenioso truco de la naturaleza para ayudarles a obtener este resultado. El equipo se aprovechó del hecho de que, pese a que 9io9 se encuentra muy alejada de nosotros, había sido magnificada a través de un proceso conocido como lente gravitacional. Esto ocurre cuando la luz de una galaxia distante, en este caso 9io9, aparece más brillante y distorsionada a medida que se dobla por la gravedad de un objeto muy grande que, desde nuestro punto de observadores, se encuentra en primer plano. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J. Geach et al.Esta imagen infrarroja muestra la galaxia distante 9io9, vista aquí como un arco rojizo curvado alrededor de una galaxia cercana brillante. Esta galaxia cercana actúa como una lente gravitacional: su masa curva el espacio-tiempo a su alrededor, doblando los rayos de luz provenientes de 9io9, al fondo, de ahí su forma distorsionada. Esta vista a color es el resultado de combinar imágenes infrarrojas tomadas con el telescopio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, telescopio de sondeo en el visible y el infrarrojo para astronomía) de ESO, en Chile, y el CFHT (Canada France Hawaii Telescope, telescopio Canadá, Francia y Hawái), en Estados Unidos. Crédito: ESO/J. Geach et al.
Video
Este video nos lleva de viaje desde nuestro hogar en la Vía Láctea a una galaxia muy, muy lejana: 9io9. Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos y astrónomas ha detectado recientemente un campo magnético presente en toda la galaxia 9io9, lo que la convierte en la detección más lejana de un campo magnético galáctico. 9io9 está tan lejos que su luz ha tardado más de 11.000 millones de años en llegar a nosotros: lo vemos como era cuando el Universo tenía solo 2.500 millones de años. Primero vemos el cielo nocturno en luz visible y luego, al llegar a 9io9, cambiamos a luz infrarroja. Aquí, la galaxia aparece como un tenue arco rojizo curvado alrededor de una brillante galaxia cercana. Luego vemos la imagen de 9io9 obtenida por ALMA en longitudes de onda milimétricas, con la orientación del campo magnético indicada por curvas superpuestas.
Crédito: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/DESI/CFHT/N. Risinger (skysurvey.org)/J. Geach et al.
