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ALMA desvela galaxias en el amanecer cósmico escondidas en el polvo

Publicado el | por Nicolás Silva

Mientras investigaba datos de galaxias jóvenes y distantes observadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Yoshinobu Fudamoto, de la Universidad de Waseda y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), notó emisiones inesperadas provenientes de regiones aparentemente vacías en el espacio. Un equipo internacional de investigación confirmó que estas señales provenían de dos galaxias no descubiertas hasta ahora muy oscurecidas por el polvo cósmico. Esto sugiere que habrían más de estas galaxias de las esperadas por los investigadores que aún pueden permanecer ocultas en el Universo temprano.

Cuando los astrónomos miran profundamente en el cielo nocturno, están observando cómo solía verse el Universo hace mucho tiempo. Debido a que la velocidad de la luz es finita, el estudio de las galaxias observables más distantes nos permite vislumbrar miles de millones de años en el pasado, cuando el Universo era muy joven y las galaxias recién comenzaban a formarse. El estudio de este «Universo temprano» es una de las mayores fronteras de la astronomía y es esencial para construir modelos astrofísicos precisos y consistentes. Uno de los principales objetivos de los científicos es identificar todas las galaxias en los primeros mil millones de años de la historia cósmica y medir sus velocidades de crecimiento de acuerdo con su tasa de formación estelar.

Se han realizado varios esfuerzos durante las últimas décadas para observar galaxias distantes, que se caracterizan por emisiones electromagnéticas con un fuerte corrimiento al rojo (desplazamiento hacia longitudes de onda más largas) antes de llegar a la Tierra. Hasta ahora, nuestro conocimiento de las primeras galaxias se ha basado principalmente en observaciones con el Telescopio Espacial Hubble (HST) y grandes telescopios terrestres, que sondean su emisión ultravioleta (UV). Sin embargo, recientemente, los astrónomos han comenzado a utilizar la capacidad única de ALMA para estudiar galaxias distantes en longitudes de onda submilimétricas. Esto podría ser particularmente útil para estudiar galaxias polvorientas no detectadas en los estudios del HST debido a que el polvo absorbe la emisión de UV. Dado que ALMA observa en longitudes de onda submilimétricas, puede detectar estas galaxias observando las emisiones delpolvo.

Como parte de un programa extendido de observación llamado REBELS por sus siglas en inglés (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), los astrónomos están utilizando ALMA para observar las emisiones de 40 galaxias seleccionadas del amanecer cósmico. Usando estos datos, algunos investigadores han descubierto recientemente que las regiones alrededor de algunas de estas galaxias contienen más de lo que parece.

Al analizar los datos observados para dos galaxias REBELS, Dr. Yoshida Fudamotodel Instituto de Investigación Científica y de Ingeniería de la Universidad de Waseda en Japón y del Observatorio Nacional de Japón (NAOJ), notó la presencia de fuertes emisiones de polvo y emisiones de carbono ionizado individualmente en posiciones sustancialmente compensadas con respecto a los objetivos iniciales. Para su sorpresa, incluso equipos altamente sensibles como el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Subaru de NAOJ no pudieron detectar ninguna emisión UV característica de galaxias luminosas desde estas posiciones. Para comprender estas misteriosas señales, Fudamoto y sus colegas decidieron investigar más el asunto.

En su último artículo, publicado en Nature, los astrónomos presentan un análisis exhaustivo, revelando que estas emisiones inesperadas provienen de dos galaxias previamente desconocidas ubicadas cerca de los dos objetivos REBELS originales. Estas galaxias no son visibles en las longitudes de onda de luz ultravioleta u óptica porque están casi completamente oscurecidas por el polvo cósmico. Una de ellas además es, hasta ahora, la galaxia oscurecida por polvo más lejana jamás descubierta.

Lo más sorprendente de este hallazgo fortuito es que las galaxias recién descubiertas, que se formaron hace más de 13 mil millones de años, no son extrañas en absoluto en comparación con otras galaxias distantes conocidas en el mismo periodo. «Estas nuevas galaxias se perdieron no porque sean raras, sino solo porque están completamente oscurecidas por el polvo», explica Fudamoto. Si bien es poco común encontrar estas galaxias polvorientas en los inicios del Universo (menos de mil millones de años después del Bigbang), lo que sugiere que el recuento actual de galaxias se encuentra probablemente incompleto y requerirá de estudios más profundos. “Es posible que nos estemos perdiendo una de cada cinco galaxias del Universo temprano” agrega Fudamoto.

Los investigadores esperan que la capacidad sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y su fuerte sinergia con ALMA conduzcan a avances significativos en este campo en los próximos años. “El estudio de galaxias oscurecidas por el polvo, como las que encontramos esta vez, será uno de los principales objetivos de los estudios de JWST y ALMA en un futuro próximo”, afirma Fudamoto.

Este estudio constituye un paso importante para descubrir cuando comenzaron a formarse las primeras galaxias en el Universo primitivo, lo que a su vez nos ayudará a comprender dónde nos encontramos hoy.

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Estos resultados de investigación se publican como «Galaxias normales oscurecidas por el polvo en la época de la reionización» [Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization] por Yoshinobu Fudamoto et al. en la revista Nature el 22 de septiembre de 2021.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

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 miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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, Inc. (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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Un esquema de los resultados de esta investigación. ALMA reveló una galaxia hasta ahora desconocida, ya que está enterrada profundamente en el polvo (impresión del artista en la parte superior derecha) en una región donde el Telescopio Espacial Hubble no podía ver nada (izquierda). Los investigadores descubrieron por casualidad la nueva galaxia oculta mientras observaban una galaxia joven típica ya conocida (impresión del artista en la esquina inferior derecha) Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope

 

Galaxias distantes fotografiadas con ALMA, el telescopio espacial Hubble y el telescopio VISTA del Observatorio Europeo Austral. Los colores verde y naranja representan las radiaciones de átomos de carbono ionizados y partículas de polvo, respectivamente, observadas con ALMA, y el azul representa la radiación del infrarrojo cercano observada con los telescopios espaciales VISTA y Hubble. REBELS-12 y REBELS-29 detectaron tanto la radiación del infrarrojo cercano como la radiación de átomos de carbono ionizados y polvo. Por otro lado, REBELS-12-2 y REBELS-29-2 no se han detectado en el infrarrojo cercano, lo que sugiere que estas galaxias están profundamente enterradas en polvo. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope, ESO, Fudamoto et al.

ALMA revela misterio de galaxias masivas apagadas del Universo primitivo

Publicado el | por Nicolás Silva

Las galaxias masivas formadas durante la infancia del Universo, en los 3.000 millones de años siguientes al Big Bang, debían contener grandes cantidades de gas de hidrógeno frío, un combustible necesario para la formación de estrellas. Sin embargo, un equipo de científicos que observó el Universo primitivo con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el telescopio espacial Hubble descubrió algo extraño: cerca de una docena de galaxias masivas que agotaron todo su combustible. Los resultados de la investigación se publicaron hoy en la revista Nature.

Las seis galaxias observadas, detectadas inicialmente en el marco del estudio REsolving QUIEscent Magnified galaxies at high redshift (REQUIEM, ‘Resolución de galaxias inertes magnificadas en alto desplazamiento al rojo’), se conocen como galaxias apagadas, puesto que ya no forman estrellas, y no corresponden a lo que los astrónomos esperaban ver en el Universo primitivo.

“Las galaxias más masivas del Universo eran muy prolíficas, y produjeron sus estrellas en un lapso considerablemente corto. El gas, que sirve de combustible para la formación estelar, debería abundar en esta etapa temprana del Universo”, explica Kate Whitaker, autora principal de la investigación y profesora asistente de astronomía de la Universidad de Massachusetts, en Amherst. “Hasta ahora creíamos que estas galaxias apagadas habían interrumpido su actividad algunos miles de millones de años después del Big Bang. En nuestra investigación llegamos a la conclusión de que las galaxias de esa época no llegaron a detener el motor, sino que siguieron avanzando con el tanque vacío”.

Para entender mejor cómo las galaxias se formaron y se extinguieron, los científicos usaron el telescopio Hubble, que reveló detalles sobre las estrellas que estas contenían. En observaciones realizadas en forma paralela con ALMA se estudió la emisión del continuo de las galaxias (un marcador del polvo) en longitudes de onda milimétricas, lo que permitió al equipo calcular la cantidad de gas presente en ellas. La combinación de los datos de ambos telescopios respondió a un plan cuidadoso, puesto que el objetivo del estudio REQUIEM es usar lentes gravitacionales intensos como telescopios naturales a fin de observar galaxias apagadas con una mayor resolución espacial. De esa forma, los científicos pudieron observar el interior de las galaxias, algo que suele ser imposible cuando no hay actividad de formación estelar.

“Las galaxias que dejan de producir estrellas rápidamente se vuelven muy tenues, por lo que es muy difícil o incluso imposible observarlas en detalle con un solo tipo de telescopio. El estudio REQUIEM soluciona este problema observando galaxias expuestas a lentes gravitacionales, es decir, cuya luz se curva y se amplifica al rozar otras galaxias mucho más cercanas a la Vía Láctea”, explica Justin Spilker, coautor de la investigación e investigador de posdoctorado del programa NASA Hubble en la Universidad de Texas, en Austin. “De esa forma, el lente gravitacional, sumado a la capacidad de resolución y la sensibilidad del telescopio Hubble y de ALMA, funciona como un telescopio natural que nos permite ver esas galaxias moribundas mucho más grandes y brillantes de lo que realmente son, y entender qué pasa realmente allí”.

Las nuevas observaciones revelaron que la interrupción de la formación estelar en las seis galaxias estudiadas no se debe a una ineficiencia súbita en el proceso de conversión del gas en estrellas, sino que es el resultado del agotamiento o el despojo del gas presente en las galaxias. “Todavía no sabemos por qué sucede eso. Dos explicaciones posibles serían la interrupción del suministro de gas primario que alimenta a la galaxia o un agujero negro supermasivo que le inyecta energía y, de esa forma, impide que el gas se enfríe”, comenta Christina Williams, astrónoma de la Universidad de Arizona y coautora del estudio. ”Básicamente, esto significa que las galaxias son incapaces de volver a llenar el tanque y, por consiguiente, de volver a arrancar el motor de la fábrica de estrellas”.

El estudio también fue pionero en la medición de galaxias masivas del Universo primitivo y aportó información sintetizada que podrá utilizarse en los futuros estudios sobre esa época del Universo durante muchos años más. “Estas son las primeras mediciones del continuo de polvo frío de galaxias apagadas distantes, y las primeras fuera del Universo local”, celebra Kate Whitaker, y agrega que el nuevo estudio ha permitido a los científicos calcular cuánto gas contiene cada galaxia de estas. “Pudimos estudiar el combustible de los procesos de formación estelar en estas antiguas galaxias masivas con la precisión suficiente para obtener las primeras lecturas del estado del tanque de combustible, lo cual nos proporcionó información fundamental que no teníamos sobre las propiedades del gas frío contenido en estas galaxias”.

Si bien los científicos ahora saben que estas galaxias tienen carecen de combustible y algo les impide volver a llenar el tanque para volver a fabricar estrellas, este es apenas el primero de una serie de estudios necesarios para entender qué puso en marcha (o no) las primeras galaxias masivas. “Nos queda mucho por aprender para poder entender por qué las galaxias más masivas se formaron en una época tan joven del Universo y por qué dejaron de producir estrellas, cuando tenían tanto gas frío a su disposición”, señala Kate Whitaker. “El simple hecho de que estas bestias cósmicas hayan dado nacimiento a 100.000 millones de estrellas en un lapso de unos 1.000 millones de años y luego se hayan apagado repentinamente es un misterio que nos encantaría resolver, y el estudio REQUIEM nos dio la primera pista”.

Información adicional

 

“Los depósitos de gas agotados impulsan la extinción masiva de galaxias en el universo temprano” [Exhausted gas reservoirs drive massive galaxy quenching in the early universe] por K. Whitaker et al., publicado el 23 de septiembre de 2021 en la revista Nature, , preimpresión: [https://public.nrao.edu/wp-content/uploads/2021/09/Whitaker_Galaxies_Nature_Preprint.pdf]

STScI ha publicado un comunicado de prensa complementario en: https://hubblesite.org/contents/news-releases/2021/news-2021-039

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en nombre 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 miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sínica (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, Inc. (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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Imagen compuesta del cúmulo de galaxias MACSJ 0138 con datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y del telescopio espacial Hubble de la NASA. La sección ampliada muestra un punto rojo anaranjado brillante que representa el polvo frío observado en frecuencias de radio usando ALMA. El polvo frío ayuda a los científicos a calcular indirectamente la cantidad de gas de hidrógeno (necesario par la formación de estrellas) presente en las galaxias del cúmulo. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker et al. AUI NRAO Chile

 

Imagen compuesta del cúmulo de galaxias MACSJ 0138 con datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y del telescopio espacial Hubble de la NASA obtenidos en el marco del estudio REQUIEM. Las imágenes de las galaxias masivas del Universo primitivo revelaron que estas carecen del gas de hidrógeno frío necesario para producir estrellas. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker et al.

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Científicas de la Quinta Región se unen a Red de Mentoras PROVOCA para incentivar vocaciones STEM entre mujeres

Publicado el | por Andrea Riquelme
  • Formadas como astrofísica, ingeniera y diseñadora industrial, tres científicas porteñas hoy se forman para guiar y acompañar a niñas con inquietud científica, acercando sus testimonios de profesionales en disciplinas STEM en Chile, derribando estereotipos y motivando la curiosidad en niñas y jóvenes de todo el país. Estos son los relatos de Catalina Arcos, Leslie Pedrero y Guillermina Ponce, verdaderas “provocadoras” de las ciencias.

Científicas del área de la astrofísica, el diseño industrial y la ingeniería electrónica de la V Región hoy son parte de la Red de Mentoras PROVOCA, una iniciativa liderada por AUI/NRAO -socio norteamericano del observatorio ALMA- que con el apoyo de LideraMujer, busca empoderar a mujeres en las áreas de la ciencia, tecnología, ingeniería y matemática; para inspirar, acompañar y guiar a futuras generaciones de chilenas.

Las disciplinas STEM, aún con una baja representación femenina, son además profesiones mejor remuneradas que según especialistas en equidad de género, constituyen un motor de desarrollo y movilidad social. Desde su creación en 2019, PROVOCA ha logrado a través de una serie web y encuentros con modelos de rol, socializar testimonios de mujeres que se desempeñan en las denominadas “ciencias duras”, realizándose integralmente como mujeres.

Este es el caso de Catalina Arcos (33 años), doctora en astrofísica del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso; Leslie Pedrero (39 años), diseñadora industrial y especialista en fibra de carbono del proyecto Mirror/NPF, una colaboración entre  el Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal), la Universidad Técnica Federico Santa María y la Universidad de Valparaíso; y Guillermina Ponce (34 años), técnico en electrónica, cursante de la carrera de Ingeniería en Automatización y Control Industrial y parte del área de front-end del observatorio ALMA. Todas grandes exponentes de la región de Valparaíso, que integran la Red de Mentoras PROVOCA.

Catalina cuenta que desde niña le apasionó la astronomía y de hecho quería ser astronauta. “Me gustaba el espacio y las estrellas. En octavo ya quería estudiar astronomía y averiguaba sobre el mapa nocturno del cielo. En enseñanza media estaba en un liceo católico en Viña del Mar, donde conocí a un cura aficionado a la astronomía y me invitó junto a mi papá a ver el cielo en su telescopio. Esa noche observé Júpiter y Saturno y quedé maravillada. Tenía 16 años”, comenta la astrofísica.

Para no alejarse de su familia, Catalina ingresó a licenciatura en física con mención en astronomía, que entonces se impartía por primer año en Valparaíso. Recuerda que sus padres la apoyaron en su decisión. Es una de 5 hermanos, su madre es profesora y su padre es ingeniero. “Mis papás son un matrimonio muy esforzado y siempre quisieron que estudiásemos en la universidad. Hoy todos somos profesionales”.

Catalina comenta que su carrera era muy nueva, nadie sabía muy bien cuál era la trayectoria formativa y laboral de un investigador. De su generación de 45 alumnos, solo alrededor de 10 eran mujeres. “Hoy es bastante equitativo. En el Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso existen 22 académicos, físicos y astrónomos, todos muy competentes y hay una muy buena relación de equipo. Hoy hago clases de física en varias carreras y tengo horas para investigación. Soy también encargada de vinculación con el medio del instituto, trabajo en un hermoso proyecto sobre seguimiento de estrellas masivas. Pronto, además, haremos talleres de física y astronomía para niños de 10 a 18 años, de las residencias del SENAME de Quilpué, Viña del Mar, Villa Alemana, Quillota y Valparaíso. Estoy muy entusiasmada porque la ciencia se aprende haciendo y este taller les permitirá a los niños realizar experimentos y observar a través de telescopios. Vamos a acercar la ciencia a las nuevas generaciones y a contribuir en el cierre de brechas de acceso a este tipo de experiencias de aprendizaje”.

En 2020, Catalina participó del Encuentro PROVOCA Valparaíso, un conversatorio virtual de científicas con estudiantes de colegios y liceos de la región y de Santiago. A partir de esa actividad, se formó una comunidad con científicas muy jóvenes, que la inspiró a unirse a la Red de Mentoras, con el propósito de desarrollar habilidades para acompañar a otras niñas y jóvenes. “En este proceso valoro el cultivo del autoconocimiento y el desarrollo personal, y es increíble cómo eso ayuda a saber apoyar y guiar a otros. Es enriquecedor tanto para las mentoras como para las mentees”. Su consejo a las futuras científicas es a seguir sus sueños y confiar en sus instintos, también a ampliar la mente y pensar en carreras profesionales o técnicas.

Por su parte, Leslie creció con sus 4 hermanos y sus padres, él marino y ella dueña de casa. Es parte de la primera generación con estudios superiores de su familia. Ella es diseñadora industrial y sus hermanos; ingeniero mecánico, veterinaria y músico. “A mí siempre me gustó construir cosas, desde hacerme mis propias casas de muñecas hasta mis agendas. Lo que no tenía, me las ingeniaba para hacerlo con mis manos. Estudiar diseño industrial me dio un campo muy versátil de trabajo, desde hacer un mueble, hasta donde estoy hoy…construyendo nuevos espejos de telescopios a base de fibra de carbono”.

Leslie no para de aprender; desde materiales compuestos hasta óptica y física. En su equipo de trabajo hay un experto pulidor de espejos astronómicos, también ingenieros mecánicos y electrónicos, astrónomos y físicos. “Es una forma colaborativa de trabajo, donde cada uno aporta desde su perspectiva, con sus habilidades y conocimientos. Mi mensaje busca alentar a que las niñas sigan sus sueños. Me parece absurdo que una persona piense que no puede seguir su vocación porque es mujer u hombre. Eso nunca pasó por mi mente. Ser profesional me ha dado mayor autonomía y herramientas para salir adelante”, concluye.

Finalmente, Guillermina, si bien es de Valparaíso, hoy trabaja en San Pedro de Atacama en el observatorio ALMA. Hace 7 años es parte del área de ingeniería de front-end, donde están los receptores de las antenas. “En el área de ingeniería, en este observatorio hay pocas mujeres, somos solo dos y soy la única mujer técnico. Espero que se abran más espacios. Creo que las mujeres aportamos otro punto de vista y tenemos habilidades particulares, como las sociales”.

Su padre era eléctrico de oficio y antes fue trabajador portuario por muchos años. Desde niña conocía las herramientas y los equipos del área que finalmente fue su trabajo. “Me gusta esta carrera porque es muy flexible y nunca se para de aprender”, asegura. De sus rasgos de personalidad, se reconoce muy capaz de trabajar bajo presión, de ser perseverante y no quedarse “pegada” en los problemas. Cuenta que, por el hecho de trabajar tantos años entre hombres, se ha hecho más dura y hoy le cuesta más conectarse con sus sentimientos.

Ahora en la red de mentoras, en muchos de los relatos confiesa que se ha visto reflejada. “Cuando termine mi carrera de ingeniería, espero ser madre en algún momento. Como muchas, me pregunto cómo será criar un hijo estando fuera de casa tanto tiempo, por los turnos. Me cuestiono también si el alejarme para criar implicará el riesgo de perder mi lugar en el trabajo. Es esa inquietud de no poder responder por completo en ninguna parte. Yo tuve que trabajar para costearme mis estudios y claramente no quiero retroceder”, explica. Pese a ello, sueña con ser mamá.

La Red de Mentoras PROVOCA le ha permitido ser parte de espacios de conversación, incluso algo “terapéutico” (se ríe), ya que te dedicas un tiempo y juntas descubrimos que tenemos las mismas dudas. “Quiero aprender a impactar en la vida de otras, por todas esas personas -hombre y mujeres- que me ayudaron en algún momento y así pueda retribuirles de algún modo”, finaliza Guillermina Ponce.