Astronomía

¿Están los objetos conocidos más distantes del universo a más de 14 mil millones de años luz de distancia?

¿Están los objetos conocidos más distantes del universo a más de 14 mil millones de años luz de distancia?


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Cuando escucho sobre los objetos más distantes del universo, como la galaxia GN-z11, recientemente descubierta, generalmente se dice que sus distancias están a un poco menos de 14 mil millones de años luz de distancia ...

Pero, el universo observable tiene un radio de 46.5 mil millones de años luz ... Entonces ...

¿La distancia de 13.400 millones de años luz aproximadamente para GN-z11 tiene en cuenta la expansión del propio universo? ¿La llamada 'distancia de co-movimiento'? ¿O se encuentra actualmente a unos 13.400 millones de años luz de distancia?


Según Wikipedia, GN-z11 tiene un corrimiento al rojo de 11.09, que, según la calculadora de cosmología de Ned Wright, corresponde a un tiempo de viaje de la luz de aproximadamente 13 mil millones de años y una distancia radial comoviente de aproximadamente 32 mil millones de años luz.

La distancia radial comoviva es la medida de distancia con respecto a la cual el diámetro del universo observable es de aproximadamente 46 mil millones de años luz, así que esa es la que desea en este contexto.

Mucha gente no comprende las implicaciones de la expansión cosmológica y piensa que si el tiempo de viaje de la luz es de 13 mil millones de años, entonces la distancia a la galaxia debe ser (o debe haber sido) de 13 mil millones de años luz. Están lo suficientemente seguros de ello como para informar esa distancia como un hecho, sin revelar que ellos mismos la calcularon. Como resultado, generalmente no se puede confiar en las distancias en los artículos populares. Puede confiar en el corrimiento al rojo si se informa, y ​​probablemente pueda confiar en los tiempos (ya sea el tiempo de viaje ligero o el tiempo desde el Big Bang).


Casi todas las galaxias albergan un monstruo en su centro: un agujero negro supermasivo de millones a miles de millones de veces el tamaño del Sol. Si bien todavía hay mucho que aprender sobre estos objetos, muchos científicos creen que son cruciales para la formación y estructura de las galaxias. Además, algunos de estos agujeros negros son particularmente activos, levantando estrellas, polvo y gas en discos de acreción brillantes que emiten una poderosa radiación hacia el cosmos a medida que consumen materia a su alrededor. Estos cuásares son algunos de los objetos más distantes que los astrónomos pueden ver, y ahora hay un nuevo récord para el más lejano jamás observado.

Un equipo de científicos, dirigido por el ex becario postdoctoral de UC Santa Bárbara Feige Wang e incluido el profesor Joe Hennawi y el actual postdoctorado Riccardo Nanni, anunció el descubrimiento de J0313-1806, el cuásar más distante descubierto hasta la fecha. Visto como habría aparecido hace más de 13 mil millones de años, este cuásar distante completamente formado es también el más antiguo descubierto hasta ahora, proporcionando a los astrónomos información sobre la formación de galaxias masivas en el universo temprano. Los hallazgos del equipo fueron publicados en la reunión de enero de 2021 de la Sociedad Astronómica Estadounidense y publicados en Astrophysical Journal Letters.

Los quásares son los objetos más energéticos del universo. Ocurren cuando el gas en el disco de acreción sobrecalentado alrededor de un agujero negro supermasivo es atraído inexorablemente hacia adentro, derramando energía a través del espectro electromagnético. Esto libera enormes cantidades de radiación electromagnética, y los ejemplos más masivos eclipsan fácilmente a galaxias enteras.

Quasar J0313-1806 se encuentra a 13 mil millones de años luz de distancia, y existió apenas 690 millones de años después del Big Bang. Está alimentado por el agujero negro supermasivo más antiguo conocido, que, a pesar de su formación inicial, todavía pesa más de 1.600 millones de veces la masa del Sol. De hecho, J0313-1806 eclipsa a la Vía Láctea moderna por un factor de 1.000.

"Los cuásares más distantes son cruciales para comprender cómo se formaron los primeros agujeros negros y para comprender la reionización cósmica, la última gran transición de fase de nuestro universo", dijo el coautor Xiaohui Fan, profesor de astronomía en la Universidad de Arizona.

La presencia de un agujero negro tan masivo tan temprano en la historia del universo desafía las teorías de la formación de agujeros negros. Como explica el autor principal Wang, ahora miembro del Hubble de la NASA en la Universidad de Arizona: Los agujeros negros creados por las primeras estrellas masivas no podrían haber crecido tanto en solo unos pocos cientos de millones de años ".

El quásar aparece como poco más que un punto en los datos de los investigadores.

Autor de la foto: FEIGE WANG ET AL.

El equipo detectó por primera vez J0313-1806 después de analizar los datos de los estudios del cielo digital de grandes áreas. Para la caracterización del nuevo quásar fue crucial un espectro de alta calidad obtenido en el Observatorio WM Keck: “A través de los Observatorios de la Universidad de California, tenemos acceso privilegiado a los telescopios Keck en la cima del Mauna Kea, lo que nos permitió obtener alta calidad los datos sobre este objeto poco después de que se confirmara que era un quásar en otros telescopios ”, dijo Hennawi.

Además de pesar el monstruoso agujero negro, las observaciones del Observatorio Keck descubrieron un flujo de salida excepcionalmente rápido que emana del cuásar en forma de un viento de alta velocidad que viaja al 20% de la velocidad de la luz. "La energía liberada por un flujo de salida de alta velocidad tan extrema es lo suficientemente grande como para impactar la formación de estrellas en toda la galaxia anfitriona del cuásar", dijo Jinyi Yang, del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

La galaxia primitiva que alberga el cuásar está experimentando una oleada de formación estelar, produciendo nuevas estrellas 200 veces más rápido que la Vía Láctea actual. El sistema es el ejemplo más antiguo conocido de un cuásar que esculpe el crecimiento de su galaxia anfitriona. La combinación de esta intensa formación estelar, el quásar luminoso y el flujo de salida de alta velocidad hacen de J0313-1806 y su galaxia anfitriona un laboratorio natural prometedor para comprender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas en el universo temprano.

"Este sería un gran objetivo para investigar la formación de los primeros agujeros negros supermasivos", concluyó Wang. "También esperamos aprender más sobre el efecto de las salidas de cuásares en su galaxia anfitriona, así como aprender cómo se formaron las galaxias más masivas en el universo temprano".

Encontrar estos cuásares distantes requiere un trabajo increíblemente minucioso, ya que son como agujas en un pajar. Los astrónomos extraen imágenes digitales de miles de millones de objetos celestes para encontrar candidatos de cuásares prometedores. “La tasa de éxito actual para encontrar estos objetos es de alrededor del 1%. Tienes que besar muchas ranas antes de encontrar a tu príncipe ”, comentó Hennawi.

Hennawi, Wang y Nanni están desarrollando herramientas de aprendizaje automático para analizar este big data y hacer que el proceso de búsqueda de cuásares distantes sea más eficiente. “En los próximos años, el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA nos permitirán encontrar quizás un centenar de quásares a esta distancia o más”, dijo Hennawi. "Con una gran muestra estadística de estos objetos, podremos construir una línea de tiempo precisa de la época de reionización y arrojar más luz sobre cómo se formaron estos enormes agujeros negros".


Galaxia vista cerca del borde del universo

La galaxia, que podría estar a más de 14 mil millones de años luz de distancia, ofrece el primer vistazo al universo cuando se formaron las galaxias y las estrellas.

"Al escalar la edad del universo a la vida de una persona, le mostramos imágenes de bebés", dijo la astrónoma principal Esther Hu de la Universidad de Hawai.

"La última instantánea de la galaxia mostraba a un niño que acababa de cumplir cuatro años. Esta tiene tres años y medio", dijo.

La luz de la galaxia, que requiere miles de millones de años para viajar a la Tierra, representa una muestra del universo cuando tenía unos 750 millones de años, unos 50 millones de años antes que la del segundo objeto más distante conocido.

El universo comenzó hace unos 14 mil millones a 16 mil millones de años con el Big Bang, según el modelo cosmológico más comúnmente aceptado.

Los cielos se expandieron y enfriaron durante unos 500 millones de años. Luego, durante los siguientes 500 millones de años, la llamada Edad Oscura, el gas frío se aglutinó en las galaxias. La época oscura terminó cuando las galaxias irrumpieron en la luz.

La galaxia distante, indicada por dos marcas negras, aparece en una banda estrecha de luz fuera del espectro visible. El recuadro muestra la imagen de banda estrecha con la luz de la galaxia vecina eliminada.

Al menos, eso es lo que sostiene la teoría convencional sobre la evolución temprana del universo. El nuevo objeto ha obligado a los astrónomos a renovar sus ideas.

"Esta galaxia está formando estrellas en un momento que se especula que está en la Edad Media del Universo, cuando las galaxias comienzan a encenderse", dijo Hu.

El poseedor del récord anterior pertenece a una rara clase de objetos conocidos como cuásares, núcleos galácticos extremadamente brillantes que podrían ser alimentados por agujeros negros.

Para encontrar la galaxia mucho más tenue, los científicos se basaron en un método de búsqueda peculiar, utilizando una lente gravitacional en el espacio.

La gravedad de un grupo denso de galaxias a unos 6 millones de años luz de distancia, conocido como el campo del cúmulo Abell 370, curvó y enfocó la luz de la galaxia mucho más distante, actuando como una lupa de facto.

El trabajo del equipo aparecerá en la edición del 1 de abril de Astrophysical Journal Letters.


Los telescopios de la NASA ayudan a identificar el cúmulo de galaxias más distante

Los astrónomos han descubierto una floreciente metrópolis galáctica, la más distante conocida en el universo temprano. Esta antigua colección de galaxias presumiblemente se convirtió en un cúmulo de galaxias moderno similar a los masivos que se ven hoy.

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-> PASADENA, California - Los astrónomos han descubierto una floreciente metrópolis galáctica, la más distante conocida en el universo temprano. Esta antigua colección de galaxias presumiblemente se convirtió en un cúmulo de galaxias moderno similar a los masivos que se ven hoy.

El cúmulo en desarrollo, llamado COSMOS-AzTEC3, fue descubierto y caracterizado por telescopios de múltiples longitudes de onda, incluidos los telescopios espaciales Spitzer, Chandra y Hubble de la NASA, y el W.M. Observatorio Keck y Telescopio Subaru de Japón.

"Este emocionante descubrimiento muestra la ciencia excepcional que es posible gracias a la colaboración entre los proyectos de la NASA y nuestros socios internacionales", dijo Jon Morse, director de la División de Astrofísica de la NASA en la sede de la NASA en Washington.

Los científicos se refieren a este creciente grupo de galaxias como un proto-cúmulo. COSMOS-AzTEC3 es el proto-cúmulo masivo más distante conocido, y también uno de los más jóvenes, porque se ve cuando el universo mismo era joven. El cúmulo se encuentra aproximadamente a 12.600 millones de años luz de la Tierra. Se estima que nuestro universo tiene 13.700 millones de años. Anteriormente, se habían detectado versiones más maduras de estos cúmulos a 10 mil millones de años luz de distancia.

Los astrónomos también encontraron que este cúmulo está repleto de explosiones extremas de formación de estrellas y un enorme agujero negro alimentándose.

"Creemos que los estallidos de estrellas y los agujeros negros son las semillas del cúmulo", dijo Peter Capak del Centro de Ciencias Spitzer de la NASA en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. "Estas semillas eventualmente se convertirán en una galaxia central gigante que dominará el cúmulo, un rasgo que se encuentra en los cúmulos de galaxias de hoy en día". Capak es el primer autor de un artículo que aparece en la edición del 13 de enero de la revista Nature.

La mayoría de las galaxias de nuestro universo están unidas en cúmulos que salpican el paisaje cósmico como extensiones urbanas, generalmente centradas alrededor de una vieja y monstruosa galaxia que contiene un enorme agujero negro. Los astrónomos pensaron que las versiones primitivas de estos cúmulos, que aún se están formando y agrupando, deberían existir en el universo temprano. Pero localizar uno resultó difícil, hasta ahora.

Capak y sus colegas utilizaron por primera vez el Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio James Clerk Maxwell del Reino Unido en Mauna Kea, Hawái, para buscar los agujeros negros y los estallidos de formación estelar necesarios para formar las galaxias masivas en los centros de las ciudades de galaxias modernas. . Luego, los astrónomos utilizaron los telescopios Hubble y Subaru para estimar las distancias a estos objetos y buscar densidades más altas de galaxias a su alrededor. Finalmente, se utilizó el telescopio Keck para confirmar que estas galaxias estaban a la misma distancia y eran parte de la misma expansión galáctica.

Una vez que los científicos encontraron este grupo de galaxias, midieron la masa combinada con la ayuda de Spitzer. A esta distancia, la luz óptica de las estrellas se desplaza, o se estira, a longitudes de onda infrarrojas que solo pueden ser observadas en el espacio exterior por Spitzer. La suma global de la masa resultó ser un mínimo de 400 mil millones de soles, suficiente para indicar que los astrónomos habían descubierto un proto-cúmulo masivo. Las observaciones de Spitzer también ayudaron a confirmar que una galaxia masiva en el centro del cúmulo estaba formando estrellas a un ritmo impresionante.

Las observaciones de rayos X de Chandra se utilizaron para encontrar y caracterizar el enorme agujero negro con una masa de más de 30 millones de soles. Los agujeros negros masivos son comunes en los cúmulos de galaxias actuales, pero esta es la primera vez que un agujero negro de este peso se ha relacionado con un cúmulo que es tan joven.

Finalmente, el telescopio interferómetro del Institut de Radioastronomie Millimétrique en Francia y el telescopio de 30 metros (unos 100 pies) en España, junto con el telescopio Very Large Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Nuevo México, midieron la cantidad de gas o combustible para el futuro. formación de estrellas, en el cúmulo. Los resultados indican que el cúmulo seguirá creciendo hasta convertirse en una ciudad moderna de galaxias.

"Realmente se necesitó un pueblo de telescopios para clavar este cúmulo", dijo Capak. "Las observaciones en todo el espectro electromagnético, desde rayos X hasta longitudes de onda milimétricas, fueron críticas para proporcionar una visión completa de las muchas facetas del cúmulo".

COSMOS-AzTEC3, ubicado en la constelación Sextans, lleva el nombre de la región donde se encontró, llamado COSMOS por el Cosmic Evolution Survey. AzTEC es el nombre de la cámara utilizada en el Telescopio James Clerk Maxwell. Esta cámara está ahora en camino hacia el Gran Telescopio Milimétrico ubicado en el estado mexicano de Puebla.


¿Qué es un quásar?

Según la NASA:

Muchos astrónomos creen que los quásares son los objetos más distantes detectados hasta ahora en el universo.

Los quásares emiten enormes cantidades de energía: ¡pueden ser un billón de veces más brillantes que el Sol!

Se cree que los quásares producen su energía a partir de agujeros negros masivos en el centro de las galaxias en las que se encuentran los quásares.

Debido a que los quásares son tan brillantes, ahogan la luz de todas las demás estrellas de la misma galaxia.


Mirando por la garganta de un agujero negro antiguo, * extremadamente * distante

Utilizando uno de los telescopios ópticos de luz más grandes del mundo, los astrónomos han identificado una de las bestias más raras del Universo: un extremadamente tipo de galaxia distante llamada objeto BL Lac, un agujero negro supermasivo de una galaxia que arroja un rayo de energía tan poderoso que eclipsa la luz de toda la galaxia de la que proviene.

Si bien se conocen más de cien objetos BL Lac, este es el primero que se ve a esta increíble distancia: la luz que vemos ha viajado. 12 mil millones de años para llegar a nosotros. Vemos esta galaxia como era cuando el Universo tenía menos de 2 mil millones de años.

Más mala astronomía

Y esa es una situación interesante: no pensamos que los objetos BL Lac pudieran existir tan temprano en la historia del Universo.

Obra de arte que muestra un agujero negro supermasivo rodeado por un disco de acreción y una corona magnética, con potentes chorros que se lanzan en direcciones opuestas. Crédito: NASA / CXC / M. Weiss

Cada gran galaxia del Universo tiene un agujero negro supermasivo central, generalmente desde unos pocos millones hasta unos pocos miles de millones de veces la masa del Sol. El material que cae en este agujero negro forma un enorme disco que se calienta increíblemente. El campo magnético del disco se retuerce por la rotación del disco y en el centro forma un vórtice como un tornado magnético. El campo es tan fuerte que puede alejar la materia del agujero negro, acelerándola hasta casi la velocidad de la luz.

Llamamos galaxias así galaxias activas. Vemos mucha radiación de ellos, pero solo un pequeño subconjunto parece emitir rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. Creemos que solo podemos ver los rayos gamma de ellos cuando vemos el haz de material dirigido casi exactamente hacia nosotros. Si lo vemos desde un ángulo, los rayos gamma no nos alcanzan.

Galaxias como esa se llaman blazares, y esto significa que solo vemos una galaxia como un blazar si estamos mirando por el cañón de ese rayo. Eso es desconcertante. Me alegro de que estén muy lejos de nosotros.

Dibujo artístico de un blazar, una galaxia con un agujero negro supermasivo que arroja energía. Crédito: DESY, Laboratorio de Comunicación Científica

Los blazares vienen en dos sabores. Uno se llama cuásares de espectro de radio plano (o FRSQ), y tienden a cambiar su brillo en escalas de tiempo cortas. También vemos la luz de ellos característica del carbono y el oxígeno calentados a altas temperaturas (emitidos en colores muy definidos llamados líneas de emisión).

Las galaxias en la otra categoría se llaman objetos BL Lac, nombrados así por el primero encontrado, llamado BL Lacertae (un objeto de brillo variable en la constelación de Lacerta, el lagarto). Estos son similares a los FRSQ, pero no muestran las líneas de emisión brillantes. Creemos que las FRSQ son galaxias de jóvenes a maduras, que eventualmente se estabilizan un poco y se convierten en objetos BL Lac.

Eso implicaría que si miramos lo suficientemente atrás en la historia del Universo, dejaremos de ver objetos BL Lac y solo veremos FRSQ. Esta nueva observación hace que esa conclusión sea un poco más complicada.

Una imagen del objeto BL Lac 4FGL J1219.0 + 3653 (centro) junto con algunas galaxias en primer plano y una estrella (izquierda) utilizada para alinear una rendija para permitir que la luz de la galaxia a través del telescopio llegue al espectrógrafo. Crédito: Paliya et al.

El objeto en cuestión se llama 4FGL J1219.0 + 3653 (llamémoslo J1219 para abreviar), y el observatorio orbital de rayos gamma Fermi descubrió que emite rayos gamma. Claramente es un blazar, pero ¿de qué sabor?

Utilizando el enorme Gran Telescopio Canarias de 10,4 metros en la isla de La Palma, un equipo de astrónomos observó J1219, tomando un espectro de él. No encontraron líneas de emisión en absoluto, dejando en claro que es un objeto BL Lac y no un FRSQ. También pudieron confirmar su enorme distancia de 12 mil millones de años luz, lo que la convierte fácilmente en la galaxia BL Lac más distante jamás vista, en unos 800 millones de años luz.

¡Y eso es un pequeño problema! Si los FRSQ eventualmente se convierten en objetos BL Lac, entonces la juventud de este objeto implica que puede suceder antes de lo que se pensaba. Aun así, los astrónomos predicen que solo hay dos: ¡2! - BL Lacs que deberían existir tan lejos de nosotros en todo el Universo observable. Y aquí han encontrado a uno de ellos.

Eso es genial. E implica lo que se debe hacer a continuación: encontrar más de ellos. Si se encuentra otro, entonces está bien. Las cosas siguen bien. Pero si, con el tiempo, se encuentran más de eso, se pone en duda la idea del camino evolutivo de estos objetos. Para ser honesto, se desconoce mucho sobre el comportamiento de los blazares (ni siquiera está completamente claro por qué vemos líneas de emisión de FRSQ y no objetos BL Lac), por lo que en este momento esta es un área abierta de investigación.

La cosa es que se necesitan enormes telescopios como el de La Palma para obtener espectros lo suficientemente decentes de estas bestias terriblemente distantes. Por lo tanto, puede pasar un tiempo antes de que los astrónomos sepan si existen más galaxias BL Lac en el borde del Universo observable. Quizás J1219 esté solo. Quizás tenga uno o dos hermanos o más. Aún no lo sabremos por un tiempo.

Mirar tan profundamente en el Universo es extremadamente difícil, y algo que solo hemos podido hacer hace relativamente poco tiempo. Todavía se desconoce de muchas maneras.

Y también, de muchas formas, hic sunt dracones - aquí hay dragones. Monstruos que escupen fuego en universus incognita. Suena bien.


Presenciando el amanecer cósmico: 250 millones a 350 millones de años después del comienzo del universo

Imagen fija de un video que muestra la formación y evolución de las primeras estrellas y galaxias en un universo virtual similar al nuestro. Crédito: Dr. Harley Katz, Beecroft Fellow, Departamento de Física, Universidad de Oxford El amanecer cósmico, cuando las estrellas se formaron por primera vez, ocurrió 250 millones a 350 millones de años después del comienzo de & hellip

Imagen fija de un video que muestra la formación y evolución de las primeras estrellas y galaxias en un universo virtual similar al nuestro. Crédito: Dr. Harley Katz, becario Beecroft, Departamento de Física, Universidad de Oxford

El amanecer cósmico, cuando las estrellas se formaron por primera vez, ocurrió entre 250 millones y 350 millones de años después del comienzo del universo, según un nuevo estudio dirigido por investigadores del University College London (UCL) y la Universidad de Cambridge.

El estudio, publicado en la Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, sugiere que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para noviembre, será lo suficientemente sensible como para observar el nacimiento de galaxias directamente.

El equipo de investigación dirigido por el Reino Unido examinó seis de las galaxias más distantes que se conocen actualmente, cuya luz ha tardado la mayor parte de la vida del universo en llegar hasta nosotros. Descubrieron que la distancia de estas galaxias a la Tierra correspondía a un tiempo de “mirada atrás” de hace más de 13 mil millones de años, cuando el universo tenía solo 550 millones de años.

Al analizar imágenes de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, los investigadores calcularon la edad de estas galaxias en un rango de 200 a 300 millones de años, lo que permite una estimación de cuándo se formaron sus estrellas por primera vez.

Imagen en color del cúmulo de galaxias utilizado para detectar una de las seis galaxias, MACS0416-JD, examinada en un estudio dirigido por investigadores del University College London y la Universidad de Cambridge. Esta galaxia tiene una edad estimada de 351 millones de años, lo que significa que esta galaxia se formó 178 millones de años después del Big Bang. La masa estelar de esta galaxia es mil millones de veces la masa del Sol. Este objeto es actualmente la galaxia más distante detectada con ALMA. Crédito: ESA / Hubble, NASA, HST Frontier Fields

El autor principal, el Dr. Nicolas Laporte (Universidad de Cambridge), quien inició el proyecto mientras estaba en UCL, dijo: “Los teóricos especulan que el universo fue un lugar oscuro durante los primeros cientos de millones de años, antes de que se formaran las primeras estrellas y galaxias.

“Ser testigo del momento en que el universo se bañó por primera vez en la luz de las estrellas es una búsqueda importante en astronomía.

“Nuestras observaciones indican que el amanecer cósmico ocurrió entre 250 y 350 millones de años después del comienzo del universo y, en el momento de su formación, galaxias como las que estudiamos habrían sido lo suficientemente luminosas para ser vistas con el Espacio James Webb. Telescopio."

Los investigadores analizaron la luz de las estrellas de las galaxias según lo registrado por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, examinando un marcador en su distribución de energía indicativo de la presencia de hidrógeno atómico * en sus atmósferas estelares. Esto proporciona una estimación de la edad de las estrellas que contienen.



El video muestra la formación y evolución de las primeras estrellas y galaxias en un universo virtual similar al nuestro. La simulación comienza justo antes del amanecer cósmico, cuando el universo está desprovisto de luz estelar, y se extiende hasta la época de 550 millones de años después del Big Bang, cuando se observan las seis galaxias analizadas por el Dr. Laporte y sus colegas. La edad del universo en millones de años se muestra en la parte superior izquierda. El recuadro se centra en la evolución de una galaxia similar a las del reciente estudio observacional. Las regiones púrpuras muestran la distribución filamentosa del gas, compuesto principalmente de hidrógeno. Las regiones blancas representan la luz de las estrellas y las regiones amarillas representan la radiación energética de las estrellas más masivas que es capaz de ionizar el gas hidrógeno circundante. A medida que las estrellas masivas alcanzan rápidamente el final de su vida, estallan en violentas explosiones de supernovas que expulsan el gas circundante permitiendo el escape de esta radiación energética. Galaxias como la que se muestra acumulan continuamente material de sistemas cercanos más pequeños y se ensamblan rápidamente para formar las galaxias más sustanciales observadas por el Telescopio Espacial Hubble en épocas posteriores. Crédito: Dr. Harley Katz, miembro de Beecroft, Departamento de Física, Universidad de Oxford

Esta firma de hidrógeno aumenta en fuerza a medida que la población estelar envejece, pero disminuye cuando la galaxia tiene más de mil millones de años. La dependencia de la edad surge porque las estrellas más masivas que contribuyen a esta señal queman su combustible nuclear más rápidamente y, por lo tanto, mueren primero.

El coautor, el Dr. Romain Meyer (UCL Physics & # 038 Astronomy and the Max Planck Institute for Astronomy en Heidelberg, Alemania) dijo: “Este indicador de edad se usa para fechar estrellas en nuestro propio vecindario en la Vía Láctea, pero también puede ser utilizado para fechar galaxias extremadamente remotas, vistas en un período muy temprano del universo.

"Con este indicador podemos inferir que, incluso en estos primeros tiempos, nuestras galaxias tienen entre 200 y 300 millones de años".

Al analizar los datos de Hubble y Spitzer, los investigadores necesitaban estimar el "corrimiento al rojo" de cada galaxia, lo que indica su distancia cosmológica y, por lo tanto, el tiempo retrospectivo en el que se están observando. Para lograr esto, realizaron mediciones espectroscópicas utilizando el arsenal completo de potentes telescopios terrestres: el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) de Chile, el European Very Large Telescope, los telescopios gemelos Keck en Hawai y el telescopio Gemini-South.

Estas mediciones permitieron al equipo confirmar que mirar estas galaxias correspondía a mirar atrás a una época en la que el universo tenía 550 millones de años.

El coautor, el profesor Richard Ellis (UCL Physics & # 038 Astronomy), que ha rastreado galaxias cada vez más distantes a lo largo de su carrera, dijo: “Durante la última década, los astrónomos han empujado las fronteras de lo que podemos observar hasta una época en la que el El universo era sólo el 4% de su edad actual. Sin embargo, debido a la transparencia limitada de la atmósfera terrestre y las capacidades de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, hemos llegado a nuestro límite.

“Ahora esperamos ansiosos el lanzamiento del telescopio espacial James Webb, que creemos tiene la capacidad de presenciar directamente el amanecer cósmico.

“La búsqueda para ver este momento importante en la historia del universo ha sido un santo grial en astronomía durante décadas. Dado que estamos hechos de material procesado en estrellas, esto es, en cierto sentido, la búsqueda de nuestros propios orígenes ". **

El nuevo estudio involucró a astrónomos de la Universidad de California-Santa Cruz, la Universidad de California y la Universidad de Texas.

Los investigadores recibieron el apoyo de la Fundación Kavli, el Consejo Europeo de Investigación, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) en los Estados Unidos.

El telescopio espacial James Webb dirigido por la NASA, el sucesor del observatorio Hubble, está programado para ser lanzado al espacio en noviembre. Será el principal observatorio durante la próxima década, al servicio de miles de astrónomos en todo el mundo. Consta de un observatorio de infrarrojos, un inmenso espejo de 6,5 metros de ancho y un parasol en forma de diamante. Los científicos de UCL en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard han construido y probado componentes de hardware clave para el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano), uno de los cuatro instrumentos del telescopio.

* El hidrógeno atómico es hidrógeno que no se ha dividido en protones y electrones.

** Todos los elementos más pesados ​​del universo, todo excepto el hidrógeno, el helio y el litio, se sintetizan en las estrellas y luego se siembran en todo el universo cuando las estrellas explotan al final de sus vidas. Esto incluye los elementos que componen a los humanos: el calcio en nuestros huesos, el hierro en nuestra sangre.

Referencia: "Sondando el amanecer cósmico: Edades e historias de formación estelar de las galaxias candidatas z = 9" por N Laporte, R A Meyer, R S Ellis, B E Robertson, J Chisholm y G W Roberts-Borsani, 24 de junio de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

DOI: 10.1093 / mnras / stab1239


ACERCA DE MOSFIRE

El espectrógrafo de objetos múltiples para exploración infrarroja (MOSFIRE), reúne miles de espectros de objetos que abarcan una variedad de distancias, entornos y condiciones físicas. Lo que hace que este gran instrumento criogénico al vacío sea único es su capacidad para seleccionar hasta 46 objetos individuales en el campo de visión y luego registrar el espectro infrarrojo de los 46 objetos simultáneamente. Cuando se selecciona un nuevo campo, un mecanismo robótico dentro de la cámara de vacío reconfigura la distribución de pequeñas rendijas en el plano focal en menos de seis minutos. Ocho años en desarrollo con First Light en 2012, los primeros resultados de rendimiento de MOSFIRE & # 8217 van desde el descubrimiento de objetos de masa subestelar cercanos ultrafríos, hasta la detección de oxígeno en galaxias jóvenes solo dos mil millones de años después del Big Bang. MOSFIRE fue posible gracias a la financiación proporcionada por la National Science Foundation. Actualmente es el instrumento más solicitado en el Observatorio Keck.


Hubble y Keck se unen para encontrar la galaxia más lejana conocida del Universo

Un equipo internacional de astrónomos puede haber establecido un nuevo récord al descubrir cuál es la galaxia conocida más distante del Universo. Ubicado a unos 13 mil millones de años luz de distancia, el objeto se ve en un momento de solo 750 millones de años después del Big Bang, cuando el Universo tenía apenas el 5 por ciento de su edad actual.

La galaxia primigenia fue identificada combinando el poder del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y los Telescopios W. M. Keck de CARA en Mauna Kea en Hawai. Estos grandes observatorios recibieron un impulso de la ampliación adicional de una 'lente gravitacional cósmica' natural en el espacio que amplifica aún más el brillo del objeto distante.

Es probable que la galaxia recién descubierta sea una galaxia joven que brille durante el final de la llamada "Edad Oscura", el período de la historia cósmica que terminó con las primeras galaxias y quásares transformando hidrógeno molecular opaco en el Universo ionizado transparente. ver hoy.

La nueva galaxia fue detectada en una exposición prolongada del cúmulo de galaxias cercano Abell 2218, tomada con la Cámara Avanzada para Sondeos a bordo del Telescopio Espacial Hubble. Este cúmulo es tan masivo que la luz de los objetos distantes que pasan a través del cúmulo en realidad se dobla y se amplifica, tanto como una lupa se dobla y magnifica los objetos que se ven a través de él. Estos 'telescopios' gravitacionales naturales permiten a los astrónomos ver objetos extremadamente distantes y débiles que de otro modo no podrían verse. La galaxia extremadamente débil está tan lejos que su luz visible se ha estirado en longitudes de onda infrarrojas, lo que hace que las observaciones sean particularmente difíciles.

"Mientras buscábamos galaxias distantes magnificadas por Abell 2218, detectamos un par de imágenes sorprendentemente similares cuya disposición y color indican un objeto muy distante". dijo el astrónomo Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées e Instituto de Tecnología de California), quien es el autor principal que informa sobre el descubrimiento en un artículo de próxima publicación en el Astrophysical Journal.

El análisis de una secuencia de imágenes del Hubble indica que el objeto se encuentra entre un corrimiento al rojo de 6.6 y 7.1, lo que lo convierte en la fuente más distante conocida actualmente. However, long exposures in the optical and infrared taken with spectrographs on the 10-meter Keck telescopes suggests that the object has a redshift towards the upper end of this range, around redshift 7.

Redshift is a measure of how much the wavelengths of light are shifted to longer wavelengths. The greater the shift in wavelength toward the redder regions of the spectrum, the more distant the object is.

"The galaxy we have discovered is extremely faint, and verifying its distance has been an extraordinarily challenging adventure," said Dr. Kneib. "Without the 25 x magnification afforded by the foreground cluster, this early object could simply not have been identified or studied in any detail at all with the present telescopes available. Even with aid of the cosmic lens, the discovery has only been possible by pushing our current observatories to the limits of their capabilities!"

Using the combination of the high resolution of Hubble and the large magnification of the cosmic lens, the astronomers estimate that this object, although very small - only 2,000 light-years across - is forming stars extremely actively. However, two intriguing properties of the new source are the apparent lack of the typically bright hydrogen emission line and its intense ultraviolet light which is much stronger than that seen in star-forming galaxies closer by.

"The properties of this distant source are very exciting because, if verified by further study, they could represent the hallmark of a truly young stellar system that ended the Dark Ages" added Dr. Richard Ellis, Steele Professor of Astronomy at Caltech, and a co-author in the article.

The team is encouraged by the success of their technique and plans to continue the search for more examples by looking through other cosmic lenses in the sky. Hubble's exceptional resolution makes it ideally suited for such searches.

"Estimating the abundance and characteristic properties of sources at early times is particularly important in understanding how the Universe reionized itself, thus ending the Dark Ages," said Mike Santos, a former Caltech graduate student, now a postdoctoral researcher at the Institute of Astronomy, Cambridge, UK. "The cosmic lens has given us a first glimpse into this important epoch. We are now eager to learn more by finding further examples, although it will no doubt be challenging."

"We are looking at the first evidence of our ancestors on the evolutionary tree of the entire Universe," said Dr. Frederic Chaffee, director of the W. M. Keck Observatory, home to the twin 10-meter Keck telescopes that confirmed the discovery. "Telescopes are virtual time machines, allowing our astronomers to look back to the early history of the cosmos, and these marvellous observations are of the earliest time yet."

Notas

The team reporting on the discovery consists of Drs. Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA), Richard S. Ellis (Caltech, USA), Michael R. Santos (Caltech/Institute of Astronomy, UK) and Johan Richard (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA).

Animations of the discovery and general Hubble Space Telescope background footage are available from http://www.spacetelescope.org/videos/?search=heic0404

Image credit: European Space Agency, NASA, J.-P. Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées) and R. Ellis (Caltech)


Ver el vídeo: Ubicación con referencias conocidas. Posición y ubicación de objetos y personas (Diciembre 2022).