El telescopio de la NASA Fermi recorre la historia de la luz estelar a través del cosmos
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Este mapa de todo el cielo muestra la ubicación de 739
blazares utilizados en la medición de la luz de fondo extragaláctica (EBL) del
Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi. El fondo muestra el cielo tal como
aparece en rayos gamma con energías por encima de los 10 billones de voltios de
electrones, construidos a partir de nueve años de observaciones por el
Telescopio de Área Grande de Fermi. El plano de nuestra galaxia Vía Láctea
corre a lo largo de la trama. Créditos: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration
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Científicos utilizando datos del Telescopio Espacial de rayos gamma Fermi de la NASA han medido toda la luz de las estrellas producida en más del 90 por ciento de la historia del universo. El análisis, que examina la salida de rayos gamma de galaxias distantes, estima la velocidad de formación de las estrellas y proporciona una referencia para futuras misiones que explorarán los días aún turbios de la evolución estelar.
"Las estrellas crean la mayor parte de la luz que vemos y sintetizan la mayoría de los elementos pesados del universo, como el silicio y el hierro", dijo el científico principal Marco Ajello, astrofísico de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur. "Comprender cómo se originó el cosmos en el que vivimos depende en gran medida de comprender cómo evolucionaron las estrellas".
Un artículo que describe la nueva medición de luz estelar aparece en la edición del 30 de noviembre de Science y ahora está disponible en línea .
Uno de los objetivos principales de la misión Fermi, que celebró su décimo aniversario en órbita este año, fue evaluar la luz de fondo extragaláctica (EBL), una niebla cósmica compuesta por todas las estrellas de luz ultravioleta, visible e infrarroja que se han creado a lo largo de la historia del universo. Debido a que la luz de las estrellas continúa viajando a través del cosmos mucho después de que sus fuentes se hayan consumido, la medición de la EBL permite a los astrónomos estudiar la formación y evolución estelar por separado de las propias estrellas.
"Esta es una confirmación independiente de las mediciones previas de las tasas de formación de estrellas", dijo David Thompson, científico adjunto del proyecto de Fermi en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “En astronomía, cuando dos métodos completamente independientes dan la misma respuesta, eso generalmente significa que estamos haciendo algo bien. En este caso, estamos midiendo la formación de estrellas sin mirar las estrellas, sino observando los rayos gamma que han viajado a través del cosmos".
Los rayos gamma son la forma de luz de mayor energía. Son tan enérgicos, de hecho, que sus interacciones con la luz de las estrellas tienen consecuencias inusuales. "Cuando las frecuencias correctas de luz chocan, se pueden convertir en materia a través de la famosa ecuación de Albert Einstein E = mc 2 ", dijo el coautor Alberto Dominguez, astrofísico de la Universidad Complutense de Madrid.
La colisión entre un rayo gamma de alta energía y la luz infrarroja, por ejemplo, transforma la energía en un par de partículas, un electrón y su contraparte de antimateria, un positrón. El mismo proceso ocurre cuando los rayos gamma de energía media interactúan con la luz visible, y los rayos gamma de baja energía interactúan con la luz ultravioleta. La capacidad de Fermi para detectar rayos gamma en una amplia gama de energías lo hace especialmente adecuado para mapear el espectro EBL. La mayoría de estas interacciones se producen a lo largo de distancias cósmicas que, cuanto más miran los científicos, más evidentes se vuelven sus efectos en las fuentes de rayos gamma, lo que permite una investigación profunda del contenido estelar del universo.
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Construido con nueve años de observaciones por el Telescopio
de Área Grande de Fermi, este mapa muestra cómo el cielo de rayos gamma aparece
a energías por encima de los 10 mil millones de voltios de electrones. El plano
de nuestra galaxia Vía Láctea corre a lo largo de la trama. Los colores más
brillantes indican fuentes de rayos gamma más brillantes. Crédito: NASA / DOE /
Fermi LAT Collaboration
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Los científicos, liderados por Vaidehi Paliya, un investigador postdoctoral en el grupo de Ajello en Clemson, examinaron las señales de rayos gamma de 739 blazares (galaxias con agujeros negros monstruosos en sus centros) recolectadas durante nueve años por el Telescopio de Área Grande (LAT) de Fermi. La medición quintuplica la cantidad de blazares utilizados en un análisis anterior de Fermi EBL publicado en 2012 e incluye nuevos cálculos de cómo se construye la EBL a lo largo del tiempo, revelando el pico de formación estelar hace unos 10 mil millones de años.
La nueva medición de EBL también proporciona una confirmación importante de estimaciones previas de formación de estrellas de misiones que analizan muchas fuentes individuales en estudios de galaxias profundas, como el Telescopio Espacial Hubble. Estos tipos de encuestas, sin embargo, a menudo faltan estrellas y galaxias más débiles y no pueden dar cuenta de la formación de estrellas que tiene lugar en el espacio intergaláctico. Estas contribuciones que faltan deben estimarse durante el análisis de cada medición.
Los rayos gamma de galaxias lejanas llamadas blazars
interactúan con la luz de las estrellas mientras viajan por el universo. Como
se muestra en este video, aquellos que alcancen el Telescopio Espacial de Rayos
Gamma Fermi pueden ayudar a los científicos a aprender sobre la historia de la
formación de estrellas en todo el cosmos. Créditos: Centro de vuelo espacial
Goddard de la NASA
La EBL, sin embargo, incluye la luz de las estrellas de todas las fuentes y evita estos problemas. Por lo tanto, el resultado de Fermi proporciona una confirmación independiente de que las mediciones que utilizan mediciones de galaxias profundas explican adecuadamente sus sesgos. También puede ayudar a guiar estudios futuros de misiones como el Telescopio Espacial James Webb (JWST).
"Uno de los principales objetivos de Webb es desentrañar lo que sucedió en los primeros mil millones de años después del Big Bang", dijo la coautora Kári Helgason, astrofísica de la Universidad de Islandia. "Nuestro trabajo establece nuevos límites importantes en la cantidad de luz estelar que podemos esperar ver en esos primeros mil millones de años, una época en gran parte inexplorada en el universo, y proporciona una referencia para estudios futuros".
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es una asociación de astrofísica y física de partículas gestionada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Fermi fue desarrollado en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y los Estados Unidos.
Fuente: NASA/Goddard Space Flight Center
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