Crédito: ESO

Un estudio realizado con el telescopio VISTA del ESO ha espiado una gran cantidad de galaxias masiva, previamente desconocidas, que existieron cuando el Universo estaba en su infancia. Mediante el descubrimiento y estudio de la mayor parte de estas galaxias los astrónomos por primera vez han encontrado exactamente cuando aparecieron semejantes galaxias de tamaño monstruoso.
Contando el número de galaxias en una región del cielo da una vía para que los astrónomos comprueben las teorías sobre formación y evolución de las galaxias. Sin embargo, esta “simple” tarea se vuelve más dura a medida que los astrónomos intentan contar las galaxias más distantes y débiles. Esto es incluso más complicado debido a que las galaxias más brillantes y sencillas de observar -las más masiva del Universo- son raras a medida que los astrónomos buscan hacia atrás en el tiempo, mientras que las más débiles y numerosas son incluso más difíciles de encontrar.

Un equipo de astrónomos liderado por Karina Caputi, del Kapteyn Astronomical Institute (University of Groningen), han detectado muchas galaxias distantes que no fueron observadas en un escrutinio anterior. Para ello han usado imágenes del estudio UltraVISTA, uno de los seis proyectos que usan VISTA para estudiar el cielo en longitudes de onda del infrarrojo cercano, y han realizado un censo de galaxias débiles cuando la edad del Universo era entre 750 y 2.100 millones de años.
UltraVISTA ha estado fotografiando la misma región del cielo, de un tamaño próximo a cuatro veces el de la Luna llena, desde diciembre de 2009. Esta es la mayor región del cielo jamás fotografiada en longitudes de onda del infrarrojo y con semejante profundidad de campo. El equipo combinó estas observaciones de UltraVISTA con las realizadas por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, que también cubre longitudes de onda del infrarrojo medio.
Según Karina Caputi “Hemos encontrado 574 nuevas galaxias masivas -la mayor muestra de tales galaxias ocultas en el Universo temprano-. Estudiándolas nos permitirá responder a una simple pero importante pregunta: ¿Cuándo aparecieron las primeras galaxias masivas?”.
Fotografiando el Universo en longitudes de onda del infrarrojo cercano permite a los astrónomos observar objetos que están oscurecidos por el polvo y que están extremadamente lejos, creados cuando el Universo era joven.
El equipo ha descubierto una explosión en el número de estas galaxias en un periodo muy corto de tiempo. Una importante fracción de las galaxias masivas que vemos ahora alrededor nuestro (en regiones cercanas) se formaron en los 3.000 millones de años posteriores al Big Bang.
Henry Joy McCracken, coautor del paper, concluye que “no hemos encontrado evidencia de estas galaxias masivas en el periodo de 1.000 millones de años tras el Big Bang, por lo que estamos bastante convencidos de que tras este intervalo es cuando se formaron”.
Además, los astrónomos han encontrado que estas galaxias masivas eran más pobladas que lo previamente pensado. Las galaxias que antes no habían sido detectadas constituyen la mitad del número total de galaxias masivas del periodo comprendido entre 1.100 y 1.500 millones de años tras el Big Bang. Los nuevos resultados, sin embargo, contradicen los modelos actuales de cómo evolucionan las galaxias en el universo temprano, los cuales no predicen que hubiese galaxias de este tamaño en dichos momentos.
Para complicar más las cosas, si las galaxias masivas contenían más polvo en el Universo temprano que lo astrónomos predicen entonces incluso UltraVISTA no será capaz de detectarlas muchas de ellas. Si así fuese el caso, la imagen actual de como las galaxias se formaron en el Universo temprano requeriría una revisión completa.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) buscará también este tipo de galaxias. Si son encontradas, servirán también como objetivos del European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, el cual permitirá hacer observaciones detalladas de las primeras galaxias.
Fuente de la noticia: ESO

El día 21 de Diciembre del 2012, la fotografía protagonista del APOD fue el anillo de Einstein denominado LRG 3-757. Tal y como se ve en la imagen, se trata de una lente gravitatoria mediante el cual, la gravedad creada por la masa de la galaxia en primer plano (en el centro de la herradura y más rojiza), desvía la luz de una galaxia que se encuentra más distante y detrás de la primera. En el caso de LRG 3-757 la alineación entre ambas galaxias (con respecto a nosotros) es extremadamente alto, causando que casí se cierre. Lo normal suele ser que se creen dos imágenes de la galaxia de fondo. La siguiente ecuación especifica el tamaño angular -radio de Einstein- (en radianes) del anillo:

Donde d(L) es la distancia angular [1] entre nosotros y la galaxia que actúa como lente, d(F) la distancia angular a la galaxia de fondo, y d(LF) la distancia angular entre ambas galaxias. M es la masa de la galaxia que actúa como lente. No obstante hay más casos parecidos a LRG 3-757, como B1938+666, que además fue el primero descubierto.

Fuente: en.wikipedia.org

[1] Corrección post-publicación: Tal y como nos indica Albert, “La “distancia angular” es un concepto de Cosmología que corresponde a una distancia, no a un ángulo, por lo tanto se mide en Mpc o en años-luz. Pero no es la distancia propia, es una distancia corregida adecuadamente por la expansión del Universo y se calcula dividiendo la distancia propia por (1+z) en donde “z” es el desplazamiento al rojo.

Crédito: ESO

El elemento químico litio es uno de los pocos elementos que se piensa que se fue creado por el Big Bang, hace 13.800 millones de años. Pero comprender las cantidades de litio observadas en las estrellas que nos rodean en el Universo es para los astrónomos una fuente de dolores de cabeza. Las estrellas más viejas tienen menos litio de lo esperado, y algunas jóvenes tienen diez veces más.
Desde los años 70, los astrónomos han especulado que mucho de este litio adicional encontrado en estrellas jóvenes podría proceder de novas -explosiones estelares que expulsan material al espacio interestelar, contribuyendo al material que forma parte de la siguiente generación de estrellas-. Pero un estudio detallado de varias novas no ha aportado evidencias definitivas.

Un equipo liderado por Luca Izzo (de ICRANet y la Sapienza University de Roma, Italia) ha usado el instrumento FEROS del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros en el observatorio de La Silla (Chile), a la vez que el espectrógrafo PUCHEROS del telescopio de 0,5 metros del observatorio de la Universidad Pontificia Católica de Chile en San Martina (cerca de Santiago de Chile), para estudia la Nova Centauri 2013 (V1369 Centauri). Esta estrella, que tuvo un proceso eruptivo en diciembre de 2013, está situada en el firmamento del hemisferio sur, cerca de la estrella Beta Centauri. Fue la nova más brillante de lo que va de siglo y fue fácilmente visible a simple vista.
Los nuevos y detallados datos revelan una marca clara de litio expulsado a dos millones de kilómetros por hora desde la nova. Esta es la primera detección hasta la fecha de este elemento expulsado desde una nova.

El coautor Massimo Della Valle (de ICRANet y del INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte, en Nápoles, Italia) explica la relevancia de este descubrimiento: “Es paso muy importante. Si imaginamos la historia de la evolución química de la Vía Láctea como un gran rompecabezas, entonces el litio de las nova fue una de las piezas perdidas e importantes del mismo. Además, cualquier modelo del Big Bang puede ser cuestionado hasta que se entienda el misterio del litio”.
Se estima que la masa de litio expulsada de la Nova Centauri 2013 es poca (menos de una mil millonésima parte de la masa del Sol), pero, como ha debido de haber varios miles de millones de novas en la historia de la Vía Láctea, es suficiente para explicar las inesperadas grandes cantidades de litio observadas en nuestra galaxia.
Los autores Luca Pasquini (ESO, Garching, Alemania) y Massimo Della Valle han estado buscando evidencias de litio en novas durante más de un cuarto de siglo. Es una satisfactoria conclusión a una larga búsqueda. Tal y como indica Luca Izzo “¡Es muy excitante encontrar algo que estaba predicho desde antes de mi nacimiento y ser observador por primera vez en mi cumpleaños de 2013!”.
Fuente de la noticia: ESO

[Fuente de la noticia: ESO]

Crédito: ESO

Un equipo internacional de astrónomos que están estudiando más de 200.000 galaxias han medido con una precisión hasta ahora no logradas la energía generada en una gran porción de espacio. Esto representa la más completa evaluación de la energía generada en el universo cercano. Confirma que la energía producida ahora en una sección del Universo es sólo la mitad de lo que fue hace 2.000 millones de años y que dicha reducción se observa en todas las longitudes de onda comprendidas entre el ultravioleta y el infrarrojo lejano. El Universo está muriendo lentamente.
El estudio incluye varios de los más potentes telescopios del mundo, incluyendo VISTA y VST (Observatorio de Paranal, Chile) del ESO. Además también se realizaron observaciones desde telescopios espaciales, dos operados por la NASA (GALEX y WISE) y otro de la Agencia Espacial Europea (Herschel).

La investigación es parte del proyecto Galaxy And Mass Assembly (GAMA), el mayor estudio multi longitud de onda jamás realizado.
Según Simon Driver (ICRAR, University of Western Australia), líder de extenso equipo que forma GAMA, “Hemos usado tantos telescopios terrestres y espaciales como hemos podido para medir la emisión de energía de más de 200.000 galaxias en el mayor rango posible de longitudes de onda”.
Los datos del estudio, liberados el 10 de agosto a los astrónomos, incluyen medidas de la emisión de energía de cada galaxia en 21 longitudes de onda, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo lejano. Este conjunto de datos ayudará a los científicos a comprender mejor cómo diferentes tipos de galaxias se forman y evolucionan.
Toda la energía en el Universo fue creada en el Big Bang. Las estrellas brillan convirtiendo masa en energía, como describió la famosa ecuación de Einstein. El estudio de GAMA establece un modelo de la energía generada en un gran volumen de espacio tanto ahora como en diferentes tiempos en el pasado.
Según Simon Driver “si bien la mayor parte de la energía del Universo surgió a raíz del Big Bang, energía adicional está siendo generada constantemente por estrellas que fusionan elementos como el hidrógeno y el helio. Esta nueva energía es unas veces absorbida por el polvo y otras viaja a través de la galaxia originaria, o escapa al espacio intergaláctico y viaja hasta que choca contra algo, como otra estrella, un planeta o, muy ocasionalmente, con el espejo de un telescopio”.
El hecho de que el Universo esté desvaneciendo lentamente es conocido desde finales de los 90, pero este trabajo muestra que esto es lo que está ocurriendo en todas las longitudes de onda entre el ultravioleta y el infrarrojo, representando la evaluación más completa de la emisión de energía del universo cercano.
Tal y como Simon Driver concluye, “El Universo declinará de aquí en adelante, deslizándose suavemente en la vejez. El Universo básicamente se ha sentado en el sofá, puesto la manta y está a punto comenzar una siesta eterna”.
El equipo de investigadores espera extender el trabajo para mapear la producción de energía sobre la historia entera del Universo, usando nueva instalaciones, como el mayor radiotelescopio del mundo, el Square Kilometre Array, cuya construcción está prevista durante la próxima década en Australia y Sudáfrica. El equipo presentó su trabajo el pasado 10 de agosto en la XXIX asamblea general de la International Astronomical Union.
[Fuente de la noticia: ESO]

Para aquellos que el próximo viernes estéis por Valladolid o podáis acercaros, os recomendamos la siguiente charla. El Grupo Universitario de Astronomía y la Sociedad Astronómica Syrma ( http://www.syrma.net/home.avx ) organizan la última de las 8 charlas enmarcadas en el curso de astrofísica que tanto éxito y afluencia de público ha tenido.
Título: Cosmología 2015: Un panorama, algunas instantáneas, varias preguntas y bastantes imágenes
Por Mariano Santander. Profesor del Departamento de Física Teórica, Física Atómica y Óptica de la Universidad de Valladolid.
Viernes 8 de mayo de 2015, 19:30 horas.
Aula Magna del Aulario de la Facultad de Ciencias de Valladolid

Resumen: La práctica totalidad del desarrollo de la Cosmología se ha hecho en los últimos 100 años, con un desarrollo bastante explosivo en los últimos 30, coincidiendo con la impresionante mejora en los medios de observación, especialmente en los situados en el espacio pero también en la diversificación de los medios de observación situados en tierra. Estas mejoras han aportado muchos resultados, algunos esperados y otros que han sido novedades bastante inesperadas.
La entrada es libre (hasta completar aforo) y gratuita.
Crédito: ESA Planck Collaboration/Phys.org

Se observó por primera vez en 2004 gracias al WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) de la NASA, y fue posteriormente confirmado por el satélite Planck de la ESA. Se trata de un gigantesco “hueco” conocido como mancha fría (Cold Spot) que aparece en los mapas de la distribución de la Radiación de Fondo Cósmico (CBR) realizados por ambos instrumentos. Está situado en la constelación de Eridiano y supera los 30 grados. Muchos han sido los intentos de explicar satisfactoriamente su existencia pero han fracasado.
Ahora un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de astrónomos y liderados por Istvan Szapudi (Instituto de astronomía de la Universidad de Hawaii, EEUU) ha propuesto una nueva posibilidad. Se trataría de un supervacío. Los vacíos son colosales regiones con forma de burbuja existente entre los filamentos de materia (y por tanto donde se agrupan los cúmulos y supercúmulos de galaxias). Dichos vacíos tienen una muy baja densidad de material. En concreto, sí esta mancha fría fuese uno de estos vacíos, sería el mayor conocido.

En el mapa de la distribución de la Radiación de Fondo Cósmico, dicha región aparece con una temperatura 70 microkelvins más fría que su entorno (a unos 2,7 K). Dicha diferencia es muy grande teniendo en cuenta que las variaciones en la distribución no suelen variar más allá de 18 microkelvins.
El estudio propone como responsable del fenómeno a la propia expansión del Universo. En el momento en el cual el fotón emitido por la Radiación de Fondo Cósmico entra en dicho vacío, dicho región tiene una densidad mayor que cuando la abandona. La propia expansión hace que la densidad del vacío varíe con el tiempo, y disminuya a lo largo del viaje del fotón a través del mismo. Como hay menos densidad el tirón gravitatorio que experimenta el fotón al salir es menor que el experimentado por otros fotones en otras regiones, causando que su pérdida de energía sea mayor (y por lo tanto, también la temperatura).
No obstante, esta explicación es una posibilidad y necesita más observaciones, no sólo para determinar si realmente es un vacío, sino también si existen otros similares.
Se puede ampliar información en el artículo “Enormous hole in the universe may not be the only one” de Phys.org.


SG Scan 1000kms smoothing from Guilhem Lavaux on Vimeo.

Los astrónomos Mike Hudson, Jonathan Carrick y Stephen Turnbull (Departamento de física y astronomía de la universidad de Waterloo), y Guilhem Lavaux (Instituto de astrofísica de París), has publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society un nuevo mapa esférico en 3D de nuestro “vecindario” cósmico, extendiéndose unos 2.000 millones de años luz. Este nuevo mapa es hasta hoy la imagen más completa que disponemos del mismo.
Este nuevo mapa permitirá mejorar nuestro conocimiento de la distribución de la materia y ayudará a avanzar en los estudios sobre la materia oscura. Tal y como indican los investigadores, la distribución observada de las galaxias no es uniforme, a la vez que no muestra un patrón, presentando picos y valles. Esto estaría de acuerdo con la idea de que las estructuras galácticas a gran escala son el resultado de fluctuaciones cuánticas en los comienzos de nuestro Universo.

Las regiones de color azul claro y blanco corresponden donde existe mayor concentración de galaxias, mientras que las de un tono azul más oscuro serían regiones sin explorar. La zona roja correspondería al supercúmulo de galaxias Shapley, la zona de mayor concentración de galaxias existente en el universo cercano.
Otra nueva aportación de este mapa sería la evidencia de los movimientos propios de las galaxias respecto a la propia expansión de universo, lo cual no había sido incluido en mapas anteriores.
Se puede ampliar información en el artículo “Astrophyicists draw most comprehensive map of the universe” de Phys.org.

[This post participates in Carnival of Space #400, at Urban Astronomer]

Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt(SSC)/en.wikipedia.org

¿Por qué giran las estrellas? Una pregunta que frecuentemente se formula mucha gente. ¿Y sabemos el motivo? Sí y no… y pronto comprenderéis el porqué. Aquí vamos a intentar explicar el origen del movimiento de rotación de los astros.
Es fácil ver que los objetos cósmicos giran: estrellas, planetas, galaxias…. Para encontrar su origen debemos remontarnos hasta el comienzo del propio Universo: el Big Bang. Tras el Big Bang el Universo se expandió, se enfrió, se uniformizó, y finalmente, se creó la materia. Sin embargo tras esta aparente uniformidad, al observar la conocida como radiación de fondo cósmico (CBR) observamos sutiles irregularidades, medidas por satélites como COBE, WMAP o Planck. Las diferencias son ínfimas. Sin embargo estas diferencias marcaron definitivamente la evolución del Universo.

Región del Gran Atractor. Crédito: HST
Tras dichas diferencias están regiones de mayor densidad por un lado, y por otro, regiones de menor densidad que se expandían más rápidamente. Las regiones de mayor densidad y debido a la fuerza de la gravedad comenzaron a colapsar dando lugar a enormes estructuras cósmicas, como por ejemplo el Gran Atractor.
Estas enormes estructuras a su vez poseían regiones de mayor densidad. Estas regiones de menor tamaño colapsaron en nuevos objetos, que actualmente identificaríamos como cúmulos de galaxias. Estos nuevos objetos heredaron su parte correspondiente del momento angular del objeto mayor. Aquí conviene recordar que el momento angular es a las rotaciones lo que el momento lineal (ímpetu o cantidad de movimiento) a las traslaciones, y se conserva en un sistema en virtud de ley de conservación del momento angular. En concreto el momento angular (L) es función de la velocidad de rotación (v) y de la distancia al eje de rotación (r):
m r v
Por tanto, como se debe conservar, los nuevos objetos que surgen del colapso de regiones más densas dentro de la estructura mayor deben “coger” la parte que les corresponde del momento angular total.
Nuevamente estos nuevos y más pequeños objetos sufrieron nuevos procesos de formación de objetos menores en su interior, dando lugar a las galaxias. Y éstas a su vez, dieron lugar a los sistemas estelares. Así, el momento angular inicial se va repartiendo entre los nuevos y más pequeños objetos (galaxias, estrellas…)
Galaxia espiral barrada NGC1300. Crédito: HST
Los nuevos objetos a pesar de tener menos masa que las estructuras progenitoras eran más densos, por lo que usando la fórmula del momento angular vemos fácilmente que la velocidad de rotación aumenta (el momento angular y la masa durante el colapso es constante, el radio disminuye). Esto es fácilmente observable en las estrellas. Algunas cuando llegan al final de sus vidas colapsan sobre si mismas ante la enorme gravedad, ocurriendo una explosión supernova. Parte de las capas exteriores son expulsadas, con su correspondiente momento angular, pero queda un núcleo ultradenso que puede seguir colapsando. Este rápido colapso hace que la velocidad de rotación aumente hasta velocidades enormes. Es más, este proceso puede terminar en la formación de un agujero negro. Incluso en este caso, el momento angular persiste una vez formado.
Ahora bien, como os habréis dado cuenta hemos hablado de que las primeras estructuras cósmicas formadas a partir de las irregularidades de la radiación de fondo cósmico tenían un momento angular. ¿Y de donde procede dicho momento angular? Esta es una pregunta que aún no se ha podido responder (por eso dijimos al principio ‘sí y no’). No se sabe de dónde viene este momento angular inicial y hay diversas teorías (con mayor o menor aceptación) que intentan explicarlo. Algunas de ellas proponen que inicialmente el Universo al formarse poseía por algún motivo un momento angular concreto o que incluso que podría estar en rotación. Pero hoy por hoy, no tenemos respuesta.
Cúmulo de galaxias Abell 2744. Crédito: HST
En cualquier caso, de haber tenido el Universo un momento angular inicial, este se habría ido repartiendo entre las diferentes subestructuras que se han ido formando a medida que se expandía.
En el caso concreto del Sistema Solar, los planetas y el Sol rotan en la misma dirección pues se formaron a partir de la misma nube primordial de gas y polvo, y por lo tanto conservan su parte correspondiente del momento angular de dicha nube. Hay excepciones como Urano, aunque en este caso la diferencia podría deberse o bien a un impacto con un gran cuerpo o bien a las influencias de sus enormes vecinos (Júpiter, Saturno y Neptuno). A su vez los planetas orbitan alrededor del Sol en la misma dirección que posee la rotación de la estrella. Esto mismo se puede observar en aquellos satélites que se formaron a la vez que los planetas que orbitan: giran en el mismo sentido que el planeta.
Otra pregunta interesante que nos podemos plantear es el sentido de giro de las galaxias. ¿Por qué giran en un sentido o en otro? Pensando la situación es difícil ver como la gravedad puede determinar la rotación en un sentido o en otro. El campo gravitatorio es invariante bajo paridad (cambio simultáneo en el signo de toda coordenada espacial) y no posee quilaridad. Por tanto bajo su acción no hay desviaciones respecto a las líneas de campo y nos hace pensar que todo debe converger linealmente hacia el centro, colapsando, en lugar de tener partes que comienzan a girar.
Sin embargo la distribución de las fuerzas de marea (la segunda deriva del campo gravitatorio) no es uniforme y por ello los movimientos generados causan que no todas las partes del conglomerado se dirijan hacia el centro. Esto se puede ver con un símil. Hacemos deslizar una caja encima de una superficie con un lado áspero y otro muy deslizante. Al avanzar la caja sobre la superficie, las diferencias de rugosidad causarán que ésta se desvíe de la trayectoria original.

Lecturas recomendadas:
– Is the Universe Spinning?
Was the universe born spinning?
Why do galaxies rotate?
– Disk Formation and the Angular Momentum Problem (pdf)
Tidal Fields and Structure Formation (pdf)

What causes objects such as stars and black holes to spin?
Chirality (physics)
Parity (physics)
Angular momentum
– Explicación física de por qué los gatos caen siempre de pie
– Leyes de conservación
Planck y la radiación de fondo cósmico

[This post participates in Carnival of Space #400, at Urban Astronomer]

16 Mar / 2015

El test Tolman

La realidad de la expansión del Universo fue establecida en los años 90.

El test Tolman, establece que el brillo superficial de una galaxia común (o también denominada estándar), puede depender del desplazamiento al rojo, y establece dos fórmulas, una de ellas para el caso de la hipótesis de la expansión, y otra para la hipótesis de la “luz cansada”.
En el caso de la hipótesis de la expansión, el brillo superficial varía según la siguiente ecuación:

Sin embargo, para la “luz cansada” sería según:

En los años 90, los resultados de las observaciones fueron favorables para la hipótesis de la expansión del Universo.
Quásar PKS 1127-145. Crédito: NASA

Un equipo de astrónomos de la VU University (Holanda) y de la Swinburne University of Technology (Australia), empleando datos recopilados por el VLT (Chile), han llegado a la conclusión de no ha ocurrido cambio en el ratio de masa del protón y del electrón durante al menos los últimos 12.000 millones de años. Para ello han estudiado el espectro de absorción de la luz de un distante quásar tras pasar por una galaxia situada visualmente delante. Para ello han medido la energía de las transiciones del hidrógeno molecular con una precisión de 10^(-6).
Algunas teorías proponen que la energía oscura podría evolucionar en el tiempo y modificar en algún modo algunas constantes como la gravitatoria o la velocidad de la luz. Por ello, y dado que tanto la masa del protón como la del electrón se consideran constantes fundamentales, medir el ratio de masa entre ambos en el pasado y compararlo con el valor actual, ayuda a comprender si efectivamente la evolución temporal de la energía oscura puede tener como consecuencia la variación en las constantes. El artículo ha sido publicado en Physical Review Letters