Un universo resplandeciente

El espectrógrafo MUSE revela que casi todo el cielo del universo temprano brilla en emisión Lyman-alfa 

Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una abundancia inesperada de emisión Lyman-alfa en la región del Campo Ultra Profundo del Hubble (HUDF). La emisión descubierta cubre casi el todo el campo de visión, llevando al equipo a extrapolar que casi todo el cielo refulge intensamente de forma invisible en emisión Lyman-alfa desde el universo temprano [1]. 

Aunque los astrónomos están acostumbrados a observar el cielo en múltiples longitudes de onda y de maneras muy diferentes, la magnitud de la emisión Lyman-alfa ha resultado impactante. “Darse cuenta de que, cuando observando la emisión Lyman-alfa de las distantes nubes de hidrógeno, todo el cielo se ilumina en el óptico, fue una inmensa sorpresa”, explica Kasper Borello Schmidt, miembro del equipo de astrónomos que ha obtenido este resultado. 

Profundas observaciones hechas con el espectrógrafo MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, han descubierto grandes reservorios cósmicos de hidrógeno atómico alrededor de galaxias distantes. La exquisita sensibilidad de MUSE ha permitido realizar observaciones directas de tenues nubes de hidrógeno en el universo temprano brillando en emisión Lyman-alfa, revelando que casi todo el cielo nocturno es invisiblemente brillante. Crédito: ESA/Hubble & NASA, ESO/ Lutz Wisotzki et al. Crédito: ESA/Hubble & NASA, ESO/ Lutz Wisotzki et al.

“¡Es un gran descubrimiento!”, añade Themiya Nanayakkara, miembro del equipo. “La próxima vez que miren al cielo en una noche sin luna y vean las estrellas, imaginen el brillo invisible del hidrógeno: el primer elemento básico para la construcción del universo, iluminando todo el cielo nocturno”. 

La región HUDF que observó el equipo es un área que, en principio, no es especialmente destacable. Se encuentra en la constelación de Fornax (el horno), famosa por haber sido cartografiada por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA en 2004, cuando el Hubble dedicó más de 270 horas de precioso tiempo de observación buscando en lo más profundo de esta región del espacio, algo que no se había hecho antes. 

Esta imagen es una composición a color hecha a partir de las exposiciones del sondeo Digitized Sky Survey 2 (DSS2). El campo de visión es de aproximadamente 2,4 x 2,0 grados. Se aprecia fácilmente el vacío de esta zona particular del cielo. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

Las observaciones HUDF revelaron miles de galaxias dispersas en lo que parecía ser una mancha oscura del cielo, dándonos una visión humilde de la escala del universo. Ahora, las excepcionales capacidades de MUSE han permitido profundizar aún más en lo profundo. Esta detección de la emisión Lyman-alfa en el HUDF es la primera en la que los astrónomos han podido detectar la débil emisión de las envolturas gaseosas de las galaxias más tempranas. Esta composición muestra la radiación Lyman-alfa en azul superpuesta a la icónica imagen del HUDF. 

MUSE, el instrumento tras estas últimas observaciones, es un avanzado espectrógrafo de campo integral instalado en la Unidad de Telescopio 4 del VLT, en el Observatorio Paranal de ESO [2]. Cuando MUSE observa el cielo, ve la distribución de las longitudes de onda de la luz que ha alcanzado cada píxel de su detector. Mirando el espectro completo de la luz que nos llega de los objetos astronómicos, obtenemos importante información sobre los procesos astrofísicos que ocurren en el universo [3]. 

“Con estas observaciones de MUSE, obtenemos una vista completamente nueva de las envolturas de gas difuso que rodean a las galaxias en el universo temprano”, afirma Philipp Richter, otro miembro del equipo. 

Este mapa muestra la ubicación del Campo Ultra Profundo del Hubble en la constelación de Fornax (el horno). El mapa indica la región del cielo que se ve en la imagen y muestra la mayor parte de las estrellas visibles a simple vista bajo buenas condiciones. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope.

El equipo internacional de astrónomos que hizo estas observaciones ha identificado de forma tentativa el motivo por el cual estas distantes nubes de hidrógeno emiten en Lyman-alfa, pero la causa exacta sigue siendo un misterio. Sin embargo, dado que se cree que este débil resplandor omnipresente es ubicuo en el cielo nocturno, se espera que futuras investigaciones arrojen luz sobre su origen. 

“En el futuro, planeamos hacer mediciones más sensibles”, concluye Lutz Wisotzki, líder del equipo. “Queremos conocer los detalles sobre cómo se distribuyen en el espacio estos inmensos reservorios cósmicos de hidrógeno atómico”. 

Notas:

[1] La luz viaja asombrosamente rápido, pero a una velocidad finita, lo que significa que la luz que llega a la tierra procedente de galaxias extremadamente distantes ha viajado durante mucho tiempo, abriéndonos una ventana al pasado, cuando el universo era mucho más joven. 

[2] La Unidad de Telescopio 4 del VLT, Yepun, alberga un conjunto de instrumentos científicos excepcionales y sistemas tecnológicamente avanzados, incluyendo las instalaciones de óptica adaptativa, que recientemente recibieron el Premio Paul F. Forman 2018 a Equipos de Excelencia en Ingeniería, otorgado por la Sociedad Americana de Óptica. 

[3] La radiación Lyman-alfa observada por MUSE tiene su origen en la transición electrónica atómica de los átomos de hidrógeno, que emiten luz con una longitud de onda de alrededor de 122 nanómetros. Como tal, esta radiación es totalmente absorbida por la atmósfera de la Tierra. Solo la emisión Lyman-alfa desplazada al rojo procedente de galaxias extremadamente distantes tiene una longitud de onda lo suficiente larga como para atravesar la atmósfera de la Tierra sin impedimentos y ser detectada con los telescopios terrestres de ESO. 

Fuente: ESO,