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Astrofísicos miden con el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano la eficiencia de formación estelar en galaxias a cuatro mil 500 millones de años luz

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 5 de noviembre.- Utilizando el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) para escudriñar en oscuras y densas nubes de polvo y gas molecular, un equipo internacional de astrónomos ha medido la eficiencia de la formación de estrellas en un conjunto de galaxias a cuatro mil 500 millones de años luz de distancia.              

Los resultados de estas investigaciones serán publicados el 10 de diciembre en The Astrophysical Journal. Éste es el primer artículo científico producido con observaciones realizadas con el GTM y, más concretamente, con uno de sus instrumentos, el Redshift Search Receiver o Receptor de Corrimiento al Rojo (RSR por sus siglas en inglés).  

El equipo de científicos liderado por Allison Kirkpatrick, estudiante de doctorado de la Universidad de Massachusetts Amherst (UMASS Amherst), realizó las mediciones de la eficiencia de formación estelar en una muestra de galaxias denominada MUSAS (5MUSES por sus siglas en inglés, 5 Milli-Jansky Unbiased Spitzer Extragalactic Survey), identificada por el Telescopio Espacial Spitzer.

Allison Kirkpatrick, de UMASS Amherst, líder del proyecto, durante una de las observaciones en el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano. Foto: cortesía de A. Kirkpatrick.

Además de Kirkpatrick, en el estudio participaron suasesora la Dra. Alexandra Pope, de UMASS Amherst, así como los doctores Itziar Aretxaga, Olga Vega y Alfredo Montaña, del INAOE; Daniela Calzetti, Gopal Narayanan, Peter Schloerb y Min Yun, de UMASS Amherst; Lee Armus y George Helou, de Caltech Pasadena, y Yong Shi, de la Universidad de Nanjing, China.

La Dra. Alexandra Pope, de UMASS Amherst, asesora de Kirkpatrick. Foto: cortesía de A. Pope.

Allison Kirkpatrick comenta que la observación de estas galaxias tan distantes representa un rompecabezas: "Para entender lo que sucede dentro de ellas debemos saber primero qué es lo que calienta el polvo. Y las dos causas principales son la formación de estrellas nuevas, que son más masivas y más calientes que las viejas, o un núcleo activo de galaxia , que es un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia".  

La Dra. Olga Vega, la Dra. Itziar Aretxaga y el Dr. Alfredo Montaña, del INAOE, participaron en el estudio que arrojó como resultado el primer artículo científico del GTM. Foto: archivo INAOE.

Por su parte, la Dra. Aretxaga, Coordinadora de Astrofísica del INAOE, apunta que las galaxias estudiadas con el GTM se encuentran a distancias consideradas por los astrónomos como intermedias. Para dar una idea de su lejanía, explica: "Si la Vía Láctea fuera un balón de futbol de 23 centímetros, la galaxia más próxima, Andrómeda, estaría a seis metros y el centro del Cúmulo de Virgo, marcado con la galaxia M87, el centro del grupo de galaxias con las que estamos asociados, estaría como a 125 metros de distancia. Para establecer una escala: si pusiéramos a M87 en el centro del zócalo de la ciudad de México, la Vía Láctea estaría en una de sus esquinas. Ése sería nuestro universo más cercano. Las galaxias estudiadas ahora con el GTM se encontrarían, desde la Alameda hasta Coyoacán, entre uno y diez kilómetros; las galaxias más distantes que conocemos estarían, en esta escala, en Paso de Cortés, a 70 kilómetros de distancia, y el confín del Universo observable estaría en Puebla. Éstas son las escalas que hemos medido los astrónomos. Las galaxias de la muestra están a miles de millones de años luz. Hay galaxias mucho más distantes, pero en las MUSAS podemos estudiar mejor sus propiedades porque son más brillantes que las otras".     

Esta imagen del GTM (crédito de James Lowenthal) apuntando a 5MUSES-229 (crédito: Sloan Digital Sky Survey), una galaxia a mil millones de años luz de distancia de la Vía Láctea. El GTM es capaz de observar las emisiones de monóxido de carbono de esta galaxia.

A su vez, la Dra. Vega explica que las estrellas se originan en nubes muy oscuras y densas llenas de gas molecular, el cual es el combustible para su creación. "Hay grandes interrogantes, como saber cuánto gas existe para seguir formando estrellas y saber si éstas se han producido con la misma eficiencia a distancias cercanas, medias o lejanas. Se determinó la eficiencia de formación estelar en estas galaxias midiendo, por un lado, con el GTM, la cantidad de gas molecular que todavía queda para seguir formando estrellas y, por el otro, la tasa de formación estelar. El cociente entre estos dos valores da precisamente la eficiencia".  

El estudio realizado con el RSR del GTM permitió a los astrofísicos determinar la masa molecular que todavía quedaba en las MUSAS para seguir formando estrellas, y establecieron que la eficiencia con la que se estaban generando en esa época del Universo es similar a la eficiencia con la que se crean actualmente.

Los científicos también determinaron qué porcentaje de calentamiento del medio molecular en estas galaxias se debe a un agujero negro supermasivo y qué porcentaje a la formación estelar. La Dra. Aretxaga dice: "Había cuatro galaxias que tenían una contribución bastante grande del agujero negro, que se estima estaba calentando en un 40 por ciento el medio molecular, mientras que el otro 60 por ciento era producido por la formación de las estrellas. Tomando la eficiencia promedio de estas cuatro galaxias, se ve que son 40 por ciento menos eficientes que las galaxias que no tienen una contribución tan fuerte del agujero negro supermasivo. Todavía es muy precipitado decir con rotundidad que todas las galaxias con agujeros negros supermasivos activos sean menos eficientes, pero es una primera explicación y se necesita un estudio más profundo sobre esto".

Finalmente, el Dr. Alfredo Montaña, quien se formó académicamente en el GTM, subraya que este telescopio es una herramienta muy poderosa para realizar investigación de frontera en este tema. El RSR, instrumento que se utilizó para estas mediciones, es un espectrómetro de alta sensibilidad que puede detectar el gas molecular de galaxias muy lejanas. También destaca la velocidad de integración de datos del GTM, y añade: "La mayor parte de las galaxias fueron detectadas rápidamente, con tiempos de entre 5 y 100 minutos de integración. Cualquier otro telescopio hubiese requerido muchas horas".  

Para concluir, los investigadores involucrados coinciden en que esta primera publicación científica del GTM llena de optimismo a la comunidad nacional de astrónomos. La Dra. Aretxaga añade: "Estamos muy contentos que por fin hemos tenido buen tiempo, hemos obtenido gran cantidad de datos, hay varios artículos en preparación sobre éste y otros temas.Estamos felices de mostrar a la gente esta importante contribución de México a la ciencia".  

La publicación de este primer artículo coincide con el vigésimo aniversario de la firma del acuerdo del GTM entre el INAOE y UMASS. El INAOE está preparando una serie de actividades para conmemorar este hecho. Para mayor información se puede consultar la página www.inaoep.mx/gtm20  

El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano se ubica en la cima del Volcán Sierra Negra o Tliltépetl, a cuatro mil 581 metros sobre el nivel del mar. Es un radiotelescopio diseñado para operar en longitudes de onda de entre 0.85 y 4 milímetros. Tiene una antena parabólica de 50 metros de diámetro, de los cuales, por el momento, 32 metros son funcionales. Su área colectora de alrededor de dos mil metros cuadrados lo convierte en el radiotelescopio más grande de su tipo en el mundo. El GTM abrirá nuevas fronteras en el estudio de la formación de estructuras en el Universo. En su construcción y operación se han invertido alrededor de 180 millones de dólares. Es un proyecto binacional del INAOE y la Universidad de Massachusetts.