¿Cómo se forman y evolucionan las galaxias? ¿Y cómo se forman los agujeros negros supermasivos centrales en las galaxias e influyen en sus anfitriones? Esas son dos de las grandes preguntas que los astrónomos de Tufts esperan responder cuando comiencen a usar un nuevo, instrumento de alta sensibilidad que se pondrá en funcionamiento en unos años en un telescopio emblemático de Hawái.

Danilo Marchesini y Anna Sajina, ambos profesores asociados, son parte de un gran grupo internacional responsable de la construcción del espectrógrafo Prime Focus (PFS) de última generación, que se ubicará en la cima del Mauna Kea, Hawai.

El PFS empleará a 2, 400 fibras ópticas en la parte superior del telescopio Subaru de 8,2 metros existente, lo que le permite tomar exposiciones simultáneas de 2, 400 objetos astronómicos en el cielo nocturno. Esos datos se introducirán en cuatro espectrógrafos, cada uno unido a 600 fibras ópticas. Los espectrógrafos separan la luz en sus diferentes longitudes de onda, recopilar información sobre la luz que es invisible a los ojos. "Están compuestos básicamente por tres cámaras:una cámara ultravioleta, una cámara óptico-visual, y una cámara de infrarrojo cercano, "dijo Marchesini.

Las pruebas comenzarán en 2020, y se espera que el PFS esté completamente en línea a fines de 2021 o principios de 2022. El equipo multinacional que construye el instrumento está dirigido por científicos de Japón, Taiwanés Brasileño, Chino, Francés, e instituciones estadounidenses, incluyendo CalTech, Universidad Johns Hopkins, y Princeton.

Tufts es parte del Grupo de Participación del Noreste de PFS (NEPG), cuyos otros miembros son profesores de la Universidad de Connecticut, la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Universidad de Colombia, y la Universidad de Pittsburgh. Marchesini es el presidente de la NEPG y la representa como miembro del comité directivo de PFS.

Formar parte del equipo de PFS significa que los astrónomos de Tufts tienen garantizados entre 300 y 350 noches de acceso al instrumento durante un período de alrededor de cinco o seis años para una serie de experimentos de investigación. y tendrá acceso inmediato a los datos que se generen. Mientras Sajina y Marchesini estudian la formación de galaxias y acumulan activamente agujeros negros supermasivos, otros grupos explorarán los orígenes de la materia oscura y la energía oscura, así como la historia de nuestra propia Vía Láctea y sus galaxias satélites.

En astronomía, el acceso a estos nuevos instrumentos es muy solicitado, dijo Marchesini. "Con Anna y yo siendo parte de PFS, cada uno de nosotros básicamente tenemos cuatro miembros jóvenes en nuestro grupo de investigación con el mismo número ilimitado, acceso irrestricto a los datos, que incluye postdoctorados, estudiantes de posgrado, y estudiantes universitarios, "dijo Marchesini.

Eso amplía enormemente las oportunidades para los estudiantes y posdoctorados de Tufts, quién tendrá acceso a los datos generados por PFS y quién también podría participar en otras áreas de la investigación de PFS. "Hay un mundo científico completamente nuevo que se puede hacer aquí en Tufts que antes no estaba disponible internamente, "dijo Marchesini.

Ser parte de PFS y tener tantas noches de datos garantizadas también ayudará a buscar fondos para otras investigaciones astronómicas. "Porque ya tenemos datos garantizados, no tenemos que demostrarle a la agencia de financiación que podremos obtener estos datos de última generación, "Dijo Marchesini.

Señaló que tener este acceso al PFS ya ha resultado beneficioso. Sajina, que está de año sabático este semestre haciendo investigación en CalTech, es el investigador principal de un proyecto de investigación que utiliza el telescopio espacial Spitzer de la NASA, que fue financiado en parte sobre la base de su participación en PFS.

Agujeros negros supermasivos y la evolución de las galaxias

Sajina y Marchesini ya tienen planes detallados para sus noches en el PFS. Su primer objetivo es usarlo para comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias, y, en particular, cómo los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias afectan la evolución de todas las galaxias. Están mirando lo que se llama núcleos galácticos activos, cuando el material cae en los agujeros negros supermasivos y emite enormes cantidades de radiación al hacerlo.

Utilizarán al menos 100 noches para estudiar la conexión entre esos núcleos galácticos activos y la evolución de las galaxias. Para hacer eso, mirarán la luz de la parte del espectro que está ligada a lo que se llama mediodía cósmico, el período de formación estelar activa en el universo hace unos 10 mil millones de años.

También observarán cómo las galaxias detienen su formación estelar, "por ejemplo, los mecanismos físicos para apagar la formación de estrellas, convirtiéndolas de galaxias en formación de estrellas activas a galaxias inactivas, "dijo Marchesini.

También esperan saber cómo le afecta el entorno de una galaxia. Las galaxias no están distribuidas uniformemente en el universo; hay "una especie de distribución de galaxias en forma de telaraña, con filamentos, ", Dijo Marchesini." Cuando estos filamentos se unen, tienes cúmulos de galaxias. Una gran pregunta es cómo afecta este entorno general de grandes estructuras a la evolución de las galaxias. El PFS nos permitirá investigar eso, por primera vez, al mediodía cósmico ".