Los astrónomos del MIT y de otros lugares han utilizado un cúmulo masivo de galaxias como una lupa de rayos X para mirar atrás en el tiempo, hace casi 9.400 millones de años. En el proceso, vieron una pequeña galaxia enana en su primera y alta-Etapas energéticas de formación estelar.
Si bien los cúmulos de galaxias se han utilizado para ampliar objetos a longitudes de onda ópticas, esta es la primera vez que los científicos aprovechan estos gigantes gravitacionales masivos para acercarse a fenómenos extremos, distantes y emisores de rayos X.
Lo que detectaron parece ser una mota azul de una galaxia infantil, aproximadamente 1 / 10,000 del tamaño de nuestra Vía Láctea, en medio de la producción de sus primeras estrellas: objetos supermasivos, cósmicamente de corta duración que emiten alta energíaRayos X, que los investigadores detectaron en forma de un arco azul brillante.
"Es esta pequeña mancha azul, lo que significa que es una galaxia muy pequeña que contiene muchas estrellas jóvenes súper calientes y muy masivas que se formaron recientemente", dice Matthew Bayliss, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT."Esta galaxia es similar a las primeras galaxias que se formaron en el universo ... del tipo de las que nadie ha visto nunca en rayos X en el universo distante".
Bayliss dice que la detección de esta galaxia única y distante es una prueba de que los científicos pueden usar cúmulos de galaxias como lupas de rayos X naturales, para detectar fenómenos extremos y altamente energéticos en la historia temprana del universo.
"Con esta técnica, podríamos, en el futuro, acercarnos a una galaxia distante y fechar diferentes partes de ella, es decir, esta parte tiene estrellas que se formaron hace 200 millones de años, frente a otra parte que formó 50hace millones de años, y separarlos de una manera que de otro modo no podría hacer ", dice Bayliss, quien se mudará a la Universidad de Cincinnati como profesor asistente de física.
Él y sus coautores, incluido Michael McDonald, profesor asistente de física en el MIT, han publicado sus resultados en la revista Astronomía de la naturaleza .
Una vela a la luz
Los cúmulos de galaxias son los objetos más masivos del universo, compuestos de miles de galaxias, todos unidos por la gravedad como una fuerza enorme y poderosa. Los cúmulos de galaxias son tan masivos y su atracción gravitacional es tan fuerte que pueden distorsionartela del espacio-tiempo, doblando el universo y cualquier luz circundante, como un elefante se estiraría y deformaría una red de trapecio.
Los científicos han utilizado cúmulos de galaxias como lupas cósmicas, con una técnica conocida como lentes gravitacionales. La idea es que si los científicos pueden aproximar la masa de un cúmulo de galaxias, pueden estimar sus efectos gravitacionales en cualquier luz circundante, así comoángulo en el que un grupo puede desviar esa luz.
Por ejemplo, imagine que un observador, frente a un grupo de galaxias, intentara detectar un objeto, como una galaxia única, detrás de ese grupo. La luz emitida por ese objeto viajaría directamente hacia el grupo, luego se doblaría alrededor del grupoContinuaría viajando hacia el observador, aunque en ángulos ligeramente diferentes, apareciendo para el observador como imágenes reflejadas del mismo objeto, que al final se pueden combinar como una sola imagen "ampliada".
Los científicos han usado cúmulos de galaxias para magnificar objetos a longitudes de onda ópticas, pero nunca en la banda de rayos X del espectro electromagnético, principalmente porque los cúmulos de galaxias emiten una enorme cantidad de rayos X. Los científicos han pensado que cualquier rayo X se aproximade una fuente de fondo sería imposible discernir del resplandor del grupo.
"Si está tratando de ver una fuente de rayos X detrás de un grupo, es como tratar de ver una vela junto a una luz realmente brillante", dice Bayliss. "Así que sabíamos que era una medida difícil de hacer".
sustracción de rayos X
Los investigadores se preguntaron: ¿podrían restar esa luz brillante y ver la vela detrás de ella? En otras palabras, ¿podrían eliminar las emisiones de rayos X que provienen del cúmulo de galaxias, para ver los rayos X mucho más débiles que provienen de un objeto,detrás y magnificado por el grupo?
El equipo probó esta idea con observaciones tomadas por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, uno de los telescopios espaciales de rayos X más potentes del mundo. Observaron en particular las mediciones de Chandra del cúmulo Phoenix, un cúmulo de galaxias distante ubicado a 5.7 mil millones de luz-años de la Tierra, que se estima que es aproximadamente un billón de veces más grande que el sol, con efectos gravitacionales que deberían convertirlo en una lente de aumento potente y natural.
"La idea es tomar lo que sea su mejor telescopio de rayos X, en este caso, Chandra, y usar una lente natural para ampliar y hacer que Chandra sea más grande, para que pueda ver cosas más distantes", dice Bayliss.
Él y sus colegas analizaron observaciones del cúmulo Phoenix, tomadas continuamente por Chandra durante más de un mes. También observaron imágenes del cúmulo tomadas por dos telescopios ópticos e infrarrojos: el telescopio espacial Hubble y el telescopio de Magallanes en Chile.Con todas estas diversas vistas, el equipo desarrolló un modelo para caracterizar los efectos ópticos del clúster, lo que permitió a los investigadores medir con precisión las emisiones de rayos X del propio clúster y restarlo de los datos.
Se dejaron con dos patrones similares de emisiones de rayos X alrededor del grupo, que determinaron que eran "lentes", o doblados gravitacionalmente por el grupo. Cuando rastrearon las emisiones hacia atrás en el tiempo, descubrieron que todas se originaban a partir deuna fuente única y distante: una pequeña galaxia enana de hace 9.400 millones de años, cuando el universo mismo tenía aproximadamente 4.400 millones de años, aproximadamente un tercio de su edad actual.
"Anteriormente, Chandra había visto solo un puñado de cosas a esta distancia", dice Bayliss. "En menos del 10 por ciento de las veces, descubrimos este objeto, similarmente lejos. Y lo que nos permite hacerlo es la lente gravitacional."
La combinación de Chandra y el poder de lente natural del cúmulo Phoenix permitió al equipo ver la pequeña galaxia escondida detrás del cúmulo, aumentada unas 60 veces. Con esta resolución, pudieron acercarse para discernir dos grupos distintos dentro de la galaxia,uno produce muchos más rayos X que el otro.
Como los rayos X se producen típicamente durante fenómenos extremos de corta duración, los investigadores creen que el primer grupo rico en rayos X señala una parte de la galaxia enana que recientemente ha formado estrellas supermasivas, mientras que la región más tranquila es unregión más antigua que contiene estrellas más maduras.
"Estamos atrapando esta galaxia en una etapa muy útil, donde tiene estas estrellas realmente jóvenes", dice Bayliss. "Cada galaxia tuvo que comenzar en esta fase, pero no vemos muchos de estos tipos degalaxias en nuestro propio vecindario. Ahora podemos retroceder en el tiempo, mirar en el universo distante, encontrar galaxias en esta fase temprana de su vida y comenzar a estudiar cómo la formación de estrellas es diferente allí ".
Esta investigación fue financiada, en parte, por la NASA y por el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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