Los astrónomos que trabajan con el Experimento de Energía Oscura del Telescopio Hobby-Eberly (HETDEX) han creado el mapa tridimensional más detallado de la luz producida por el hidrógeno energizado en el universo primitivo, hace entre 9.000 y 11.000 millones de años. Esta radiación, conocida como luz Lyman alfa, se emite en abundancia cuando los átomos de hidrógeno absorben energía de las estrellas cercanas. Debido a esta propiedad, sirve como un poderoso medio para detectar galaxias brillantes en estos momentos distantes de intensa formación estelar. Sin embargo, las ubicaciones de muchas galaxias débiles y nubes de gas que emiten luz Lyman alfa están en su mayoría ocultas.
“Las observaciones del universo temprano nos dan una idea de cómo evolucionaron las galaxias hasta su forma actual y qué papel jugó el gas intergaláctico en este proceso”, dijo Maja Lujan Niemeyer, científica de HETDEX y recién graduada del Instituto Max Planck de Astrofísica. “Pero debido a que están tan lejos, muchos objetos de este período son débiles y difíciles de observar”.
Para revelar estas fuentes oscuras, el equipo utilizó un método conocido como mapeo de intensidad de línea. Este método permite detectar el brillo colectivo de muchos objetos distantes, lo que ayuda a los científicos a construir una imagen más completa del universo joven. Los resultados se publicaron el 3 de marzo. Diario astrofísico.
Cómo el mapeo de intensidad de líneas revela galaxias ocultas
La luz se puede descomponer en las longitudes de onda que la componen, lo que los científicos llaman espectro. Los astrónomos estudian los espectros (plural de “espectro”) para buscar picos y caídas que indiquen la presencia de ciertos elementos. En lugar de identificar cada galaxia a la vez, el mapeo de intensidad de líneas mide con qué fuerza aparece un componente particular en toda una región del espacio.
“Imagínese que está en un avión mirando hacia abajo. La forma ‘tradicional’ de estudiar galaxias es como mapear ciudades brillantes: aprende dónde están los grandes centros de población, pero extraña a todos los que viven en los suburbios y ciudades pequeñas”, explicó en el artículo Julián Muoz, científico de HETDEX y profesor asistente en la Universidad de Texas. “El mapeo de intensidad es como mirar la misma escena a través de la ventana de un avión con niebla: obtienes una imagen borrosa, pero capturas toda la luz y no solo los puntos brillantes”.
Aunque el mapeo de intensidad de línea se ha utilizado antes, esta es la primera vez que mapea la emisión de Lyman alfa con un conjunto de datos tan grande y con tan alta precisión. El Telescopio Hobby-Eberly del Observatorio MacDonald recopila cantidades masivas de datos para HETDEX mientras rastrea las posiciones de más de un millón de galaxias brillantes en un esfuerzo por comprender mejor la energía oscura. La encuesta destaca no sólo por su alcance, sino también por su volumen de datos. Los investigadores recogieron más de 600 millones de espectros de una región del cielo que abarca un área equivalente a más de 2.000 lunas llenas.
Un vasto océano de datos no utilizados
“Sin embargo, sólo utilizamos una pequeña fracción de los datos que recopilamos, alrededor del 5%”, explica Carl Gebhardt, investigador principal de HETDEX, presidente del Departamento de Astronomía de UT Austin y coautor del artículo. “Existe un enorme potencial para utilizar los datos restantes en investigaciones adicionales”.
“HETDEX observa todo lo que hay dentro de una zona del cielo, pero una pequeña cantidad de esos datos se relaciona con galaxias que son lo suficientemente brillantes para que el proyecto las utilice”, añadió Luján Niemeyer. “Pero esas galaxias son sólo la punta del iceberg. Hay todo un océano de luz en las zonas aparentemente vacías que hay entre ellas”.
Las supercomputadoras revelan la estructura oculta del cosmos
Para crear el nuevo mapa, los investigadores desarrollaron un software personalizado y confiaron en supercomputadoras del Centro de Computación Avanzada de Texas. Estos sistemas analizaron casi medio petabyte de datos HETDEX. Luego, el equipo utilizó las ubicaciones conocidas de galaxias brillantes enumeradas por HETDEX para inferir dónde se encuentran las galaxias débiles cercanas y las nubes de gas en llamas. Debido a que la gravedad atrae la materia, las galaxias brillantes a menudo marcan regiones donde es probable que se encuentren otros objetos.
“Por lo tanto, podemos utilizar la ubicación de galaxias conocidas como señal para determinar la distancia a los objetos débiles”, dijo Eiichiro Komatsu, científico de HETDEX, director científico del Instituto Max Planck de Astrofísica y coautor del artículo. El mapa completo agudiza la vista alrededor de las galaxias más brillantes y revela más detalles en regiones dentro de ellas no descubiertas previamente.
“Tenemos simulaciones por ordenador de este período”, continuó Komatsu. “Pero estas son sólo simulaciones, no el universo real. Ahora tenemos una base que nos permite saber si parte de la astrofísica hace que estas simulaciones sean correctas”.
Una nueva era de mapeo del universo
Los investigadores planean comparar su mapa con otros estudios que examinan las mismas regiones del espacio pero se centran en elementos diferentes. Por ejemplo, un mapa de intensidad lineal del monóxido de carbono (asociado con las nubes densas y frías donde se forman) puede ayudar a los científicos a comprender mejor los entornos alrededor de las estrellas jóvenes que producen radiación Lyman alfa.
“Este estudio es una primera detección, que es emocionante en sí misma, y abre la puerta a una nueva era de mapeo de intensidad del universo”, dijo Muñoz. “El Hobby-Eberly es un telescopio pionero. Y con la entrada en funcionamiento de nuevos instrumentos complementarios, estamos entrando en una era dorada para cartografiar el cosmos”.
