Los astrónomos han descubierto un destello cósmico que se originó hace 5.000 millones de años. Se trata del megamáser más remoto jamás observado y revela que una colisión de galaxias se produjo cuando el universo tenía un tercio de su edad actual.
Utilizando el radiotelescopio sudafricano MeerKAT, un equipo internacional de investigadores ha descubierto un poderoso megamáser: un láser de longitud de onda de radio indicativo de galaxias en colisión. Este es el megamáser más distante encontrado hasta ahora.
Las galaxias son vastas islas de materia en el universo. Contienen cientos de miles de millones de estrellas, gas y materia oscura. Cuando las galaxias se fusionan en colisiones de proporciones cósmicas, el gas que contienen se vuelve extremadamente denso.
En ese momento, el gas puede estimular las moléculas de hidroxilo, compuestas por un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno, para emitir una señal de radio específica llamada máser (un máser es como un láser, pero emite ondas de radio en lugar de luz visible). Cuando esa señal de radio es extremadamente brillante, se llama megamáser.
Nuevas estrellas
“Cuando dos galaxias, como la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda, chocan, los rayos de luz salen disparados de la colisión y se pueden ver a distancias cosmológicas. Los megamáseres de hidroxilo (OH) actúan como luces brillantes que indican: aquí hay una colisión de galaxias que está formando nuevas estrellas y alimentando agujeros negros masivos”, explica Jeremy Darling, de la Universidad de Colorado y coautor del estudio.
Los megamáseres de hidroxilo emiten luz a una longitud de onda de 18 cm. Esta luz pertenece a la parte de radio del espectro electromagnético, y es el tipo de luz que el radiotelescopio MeerKAT está diseñado para captar excepcionalmente bien, destacan los investigadores.
Muy, muy lejos
El equipo LADUMA (Looking at the Distant Universe with the Meerkat Array) lidera uno de los grandes experimentos científicos de MeerKAT, que busca gas de hidrógeno neutro en galaxias localizadas en un área del cielo, y lo busca muy profundamente, es decir, muy lejos de nosotros, tanto en el espacio como en el tiempo.
Al medir el gas de hidrógeno neutro en galaxias desde el pasado distante hasta ahora, LADUMA contribuye a nuestra comprensión de la evolución del universo.
No es un ejercicio menor, por lo que el equipo de investigación está compuesto por científicos de Sudáfrica, Australia, Chile, Francia, Alemania, India, Italia, Japón, Países Bajos, Corea del Sur, España (Instituto de Astrofísica de Andalucía), Reino Unido y Estados Unidos.
“LADUMA está investigando el hidrógeno dentro de una sola 'vuvuzela o trompeta cósmica' que se extiende hasta cuando el universo tenía solo un tercio de su edad actual”, dice la profesora asociada, Sarah Blyth, de la Universidad de Ciudad del Cabo.
Luz estirada
Para buscar hidrógeno, el equipo sondea luz con una longitud de onda de 21 cm, que se ha estirado a longitudes de onda más largas debido a la expansión del universo.
Sin embargo, la luz de otros átomos y moléculas también está presente, y en su primera observación con MeerKAT, el equipo detectó una emisión brillante de moléculas de hidroxilo que se habían estirado aún más desde su longitud de onda original de 18 cm.
El director de esta investigación, Marcin Glowacki, del Centro Internacional para la Investigación de Radioastronomía (ICRAR), explica que “es impresionante que en una sola noche de observaciones con MeerKAT, ya hayamos encontrado un megamáser de corrimiento al rojo que batió récords. La encuesta LADUMA completa de más de 3.000 horas será la más sensible de su tipo”.
Cuando vieron esta señal en los datos procedentes del telescopio y confirmaron que provenía del hidroxilo, el equipo se dio cuenta de que tenían un megamáser en sus manos.
Algoritmos complejos
Para hacer este descubrimiento, el equipo tuvo que ejecutar algoritmos científicos complejos en grandes cantidades de datos. Esto fue posible gracias a la capacidad de computación en la nube del Instituto Interuniversitario de Astronomía Intensiva de Datos (IDIA).
Una vez que el equipo supo que se trataba de un megamáser, procedieron a buscar su galaxia anfitriona. La porción de cielo explorada por el equipo de LADUMA se ha observado en rayos X, luz óptica e infrarrojos, por lo que el equipo pudo identificar fácilmente la galaxia anfitriona.
El equipo también sabía que un megamáser tan poderoso y distante necesitaba un buen apodo e invitó al público a ofrecer sugerencias.
La sugerencia ganadora fue "Nkalakatha", una palabra isiZulu que significa "gran jefe", que fue sugerida por Zolile Tibane, un estudiante de Johannesburgo que estudia informática en la Universidad de Western Cape.
Galaxia anfitriona
Se sabe que la galaxia anfitriona de "Nkalakatha" tiene una cola larga en un lado, visible en las ondas de radio. Está a unos 58 seguidos de 21 ceros de kilómetros de distancia de la Tierra, y la luz del megamáser se emitió hace unos 5.000 millones de años, cuando el universo tenía solo dos tercios de su edad actual.
“Ya hemos planificado observaciones de seguimiento del megamáser y, a medida que avanza LADUMA, haremos muchos más descubrimientos”, señala Glowacki.
“MeerKAT probablemente duplicará el número conocido de estos raros fenómenos. Se pensaba que las galaxias se fusionaban con más frecuencia en el pasado, y los megamáseres OH recientemente descubiertos nos permitirán probar esta hipótesis”, comenta Darling.
SARAO en vanguardia
La radioastronomía está entrando en un momento realmente emocionante con el próximo Square Kilometre Array y sus telescopios pioneros, incluido MeerKAT, destacan los investigadores.
Los descubrimientos no planificados están comenzando a surgir de la cantidad sin precedentes de datos que recopilan estos instrumentos.
El Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica (SARAO) encabeza las actividades de Sudáfrica en el radiotelescopio Square Kilometre Array, comúnmente conocido como SKA, en ingeniería, ciencia y construcción. Incorpora instrumentos y programas de radioastronomía como el telescopio MeerKAT que ha detectado el megamáser más distante hasta ahora.
Referencia
LADUMA: Discovery of a luminous OH megamaser at z>0.5. Marcin Glowacki et al. arXiv:2204.02523v1
