Gigantescas telas de araña intergalácticas

Utilizando el observatorio orbital FUSE de NASA, los científicos han detectado inmensas nubes entre las galaxias, que podrían haber sido parte del temprano Universo, y que forman una intrincada tela de araña.

Ver Leyenda Abril 19, 2002: Mucho se ha escrito sobre los tres primeros minutos del Universo después de la Gran Explosión (Big Bang). Pero, ¿que saben los astrónomos sobre los primeros millones de años de la infancia de nuestro Universo?

Los científicos coinciden en que durante esta época, la materia se aglutinó, de alguna forma, para formar estrellas y galaxias -- ¿pero cómo ocurrió? ¿qué apareció primero, las estrellas o las galaxias? ¿y qué quedó en el vacío luego que se formaron? ¿espacio vacío o enormes nubes de un gas ahora invisible?

Arriba: Casi todo lo que aparece en esta imagen de "campo profundo" del Hubble es una galaxia joven y distante. [más información]

De las respuestas a estas preguntas, depende -- cómo comenzó nuestro Universo -- y cómo va a terminar.

Buscando las respuestas a estas preguntas, NASA apuntó un telescopio orbital llamado "FUSE" (abreviado Far-Ultraviolet Spectroscopic Explorer) o Explorador Espectroscópico Ultravioleta Lejano, hacia un quasar distante -- el núcleo brillante y activo de una galaxia ubicada a unos 10 mil millones de años luz, cerca del borde del Universo conocido. Durante 20 días, entre agosto y octubre del 2000, el FUSE acumuló en su detector la luz ultravioleta lejano del espectro del quasar. (La radiación, o luz, Ultravioleta Lejano es unas 5 veces más potente que los rayos ultravioletas conocidos, aquellos que producen quemaduras en la piel a quienes gustan de ir a la playa). Al mismo tiempo, otros astrónomos usaron el Telescopio Espacial Hubble y el gigantesco telescopio Keck, ubicado en el volcán Mauna Kea de Hawaii, para analizar el quasar en las longitudes de ondas ultravioleta ordinario, y visual.

Luego vinieron los análisis -- y comenzaron los descubrimientos.

En verdad, los astrónomos no estaban interesados en el quasar (conocido como HE2347-4342, por su designación en el catálogo estelar), intentaban ver lo que pudiera haber entre la Tierra y el quasar -- en este caso, tenues nubes de gas de helio ubicadas en el espacio intergaláctico.

Ver Leyenda El helio no es el gas más abundante en el Universo -- lo es el hidrógeno (10% y 90% por cantidad, respectivamente) y ¿porqué no buscar entonces nubes de hidrógeno?. Porque durante los primeros miles de millones de años después de la Gran Explosión, la mayor parte del hidrógeno existente entre las galaxias resultó destruido. La culpa fue de los quasares, que abundaban en aquella época; su potente radiación -- emitían tanta energía por segundo como miles de galaxias normales -- rompió los enlaces de los átomos del hidrógeno intergaláctico en protones y electrones. Estas partículas sub-atómicas "sueltas", son esencialmente transparentes y muy difíciles de detectar.

Arriba: Quasares como el de la imagen bañaban el temprano Universo con radiación ionizante. [más información]

El helio, mientras tanto, no es tan fácil de ocultar. Tiene dos electrones que son difíciles de separar. Aunque la radiación de los quasares dividía los átomos de hidrógeno en dos, muchos átomos de helio habrían permanecido más o menos intactos. (Un átomo de helio podría perder un electrón, pero rara vez dos.) Según Philippe Crane, Científico del Tema Orígenes (Origins Theme Scientist) de las Oficinas Centrales de la NASA, esta es la razón por la que el helio fascina a los cosmólogos: "es una herramienta útil para sondear el temprano Universo".

El gas de helio entre nosotros y el quasar HE2347-4342 reveló su presencia al FUSE absorbiendo ciertos "colores" o longitudes de onda específicos de la luz del quasar en la región ultravioleta lejano de su espectro. Mientras tanto, los observadores del Hubble y el Keck, trabajando en longitudes de ondas más largas, encontraron hidrógeno en muchas de las mismas nubes. (La información sobre la combinación de hidrógeno y helio puede informarles a los investigadores mucho más sobre las condiciones de la nube, que cualquiera de éstos en forma separada).

Ver LeyendaDesde hace tiempo, los cosmólogos piensan que el gas, durante las primeras épocas del Universo, se condensó en estructuras semejantes a telas de araña, llenando el espacio intergaláctico. Pequeñas ondas existentes en la distribución de esta materia, se transformaron posteriormente en las estrellas y galaxias que vemos actualmente. "Las nubes detectadas por los telescopios FUSE, Keck y Hubble son muestras de estas tenues estructuras intergalácticas", dice Crane.

Arriba: Esta imagen, de un modelo de computador en colores simulados del Universo temprano, tiene 30 millones de años luz por lado. Los hilos de color verde son tenues nubes de gas intergaláctico. [más información]

Mirar lejos hacia el espacio, es equivalente a mirar hacia atrás en el tiempo. Por ello, cuando los astrónomos observaron nubes cerca del quasar HE2347-4342, sabían que las veían tal como eran hace unos 10 mil millones de años -- una antigüedad impresionante, considerando que se piensa que el Universo tiene una edad de 14 o 15 mil millones de años. Al menos eso fue lo que los astrónomos calcularon por el desplazamiento hacia el rojo (hacia mayores longitudes de ondas) de las líneas espectrales (longitudes de ondas específicas o colores), movimiento fuera de sus posiciones normales y producto de la expansión del Universo.

Por ello, al estudiar el desplazamiento hacia el rojo de distintas longitudes de ondas del espectro luminoso del quasar, los investigadores pudieron trazar la forma cómo, a través del tiempo, la transparencia (ionización) de las "redes" intergalácticas aumentaba o disminuía, a medida que el Universo se expandía y evolucionaba.

Ver Leyenda Los átomos de helio, que delinean las redes que detecta el FUSE, se formaron durante los primeros minutos de la propia Gran Explosión. Al comienzo, (N del Traductor: y debido a la alta temperatura existente) los núcleos de helio se encontraban en su forma más simple. Pero luego, a medida que el Universo se expandía (y enfriaba), los núcleos capturaron electrones transformándose en átomos neutros de helio. Estos átomos gaseosos generaron la niebla casi opaca que disminuye la luz de los quasares distantes. (N del T: y oculta las primeras estrellas y galaxias, en la llamada Edad Oscura del Universo)

Arriba: Una ilustración artística del FUSE asomándose al pasado lejano y nebuloso.

Tiempo después, torrentes de radiación se difundieron por el espacio, posiblemente generados por los quasares, que recalentaron y reionizaron parte del gas de helio. Debido a que los iones de helio absorben menos fotones de luz, el gas se hizo nuevamente transparente, permitiendo, una vez más, que la luz de los quasares lejanos brille a través del espacio -- de la misma forma en que la luz del sol naciente evapora la niebla matutina para permitir que veamos las montañas en la distancia.

Al comparar las observaciones del helio del FUSE con las del hidrógeno realizadas por el Keck y el Hubble, los astrónomos pudieron determinar que los períodos transparentes -- esto es, los momentos en los que el helio estuvo fundamentalmente ionizado -- fueron producidos tanto por la radiación de los brillantes quasares como por la tormenta de fuego generada por la formación de estrellas en galaxias más comunes. Antes del FUSE, el candidato principal eran sólo los quasares.

Estos nuevos resultados indican a los científicos cómo era el ambiente de radiación en las primeras épocas del Universo. Así es, dice Crane, la información del FUSE muestra que "la presión de la radiación era tan importante como la de la gravedad, para hacer que la materia se condensara en estrellas y galaxias".

Ver 
Leyenda

Arriba: (arriba) el espectro de absorción del helio del quasar HE2347-4342 tal como fue captado por el FUSE. (abajo) El espectro de absorción del hidrógeno del mismo quasar captado por el Keck. Las áreas sombreadas, de arriba, en verde, revelan líneas de absorción de helio sin el hidrógeno correspondiente. [más información]

El mayor descubrimiento, sin embargo, fue, tal vez, lo que no vieron ni el Hubble, ni el Keck. Algunas nubes que pudieron ser vistas por el FUSE debido al helio que contenían, fueron invisibles para el Hubble y el Keck -- telescopios que pudieron ver sólo hidrógeno. "Con seguridad, el hidrógeno está allí", destaca Crane, "pero está oculto: los átomos son transparentes debido a que han sido fraccionados por la potente radiación.

Así, a la deriva entre las galaxias, podrían existir vastas nubes de hidrógeno invisible -- un importante depósito de masa en nuestro Universo. Y aunque una mirada y un solo quasar, no bastan para revelar cuanta materia se esconde en esta forma, ahora que el FUSE logró encontrar algo, la búsqueda de nuevas pistas sobre la historia de nuestro Universo, puede empezar.

Enlaces a la red y más (en inglés y español)...

FUSE - una misión apoyada por la NASA que fue lanzada el 24 de junio, 1999, para explorar el Universo utilizando la técnica de espectroscopía de alta resolución, en la región ultravioleta lejano del espectro luminoso.

La Primera Luz Estelar -- (Ciencia@NASA) Mirando a través de una lente cósmica gigante, los científicos han encontrado algunas de las primeras estrellas que nacieron en el Universo. (Español)

El medio intergaláctico -- (FUSE) un resumen científico por Gerard Kriss.

Derecha: Radiación Ultravioleta -- No la podemos ver, pero está allí: la radiación (luz) UV que baña el cosmos. Haga un clic en la imagen para obtener más información.

Una Nueva Vista del Helio Primordial, Huellas de la Estructura del Temprano Universo -- comunicado de prensa del Instituto del Telescopio Espacial.

Determinando la Estructura del Helio Ionizado en el Medio Intergaláctico con el Explorador Espectroscópico Ultravioleta Lejano - FUSE -- una versión preliminar del artículo científico original publicado luego por la revista Science.

Quasares y Galaxias Activas -- aprenda más sobre los quasares de la Guía de Campo de rayos X del Chandra.

La Escala de Tiempo del Universo -- un cursillo sobre el Programa Origenes de la NASA. Vea también "¿Cómo se formaron las primeras galaxias?" -- in documento en pdf del Mapa de ruta de Origenes.

Exposición FUSE en el Centro de las Ciencias de Maryland, Estados Unidos.

¿Solución sobre la Cosmología? ¡Aún No! -- (APOD); vea también "Preguntas Frecuentes en Cosmología" de la UCLA.

Curso de Cosmología - Aula Científica -- un interesante índice de los grandes temas de la cosmología, por Alberto J. Roldán Piraces de Terra. (En español)

"Gran Finale de Fuegos Artificiales" Apareció Primero en el Temprano Universo. -- La más profunda de las miradas al cosmos realizada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, sugiere que las primeras estrellas que podrían haberse encendido en el Universo, lo hicieron en una forma tan espectacular como en un final de fuegos artificiales.