El telescopio ALMA en Chile ha transformado la forma en que vemos el universo, mostrándonos partes invisibles del cosmos. Este conjunto de antenas increíblemente precisas estudia una franja de luz de radio de frecuencia relativamente alta:ondas que van desde unas pocas décimas de milímetro hasta varios milímetros de longitud. Recientemente, los científicos llevaron a ALMA a sus límites, aprovechar las capacidades de frecuencia más alta (longitud de onda más corta) de la matriz, que se asoman a una parte del espectro electromagnético que se extiende a ambos lados de la línea entre la luz infrarroja y las ondas de radio.

"Las observaciones de radio de alta frecuencia como estas normalmente no son posibles desde el suelo, "dijo Brett McGuire, químico del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia, y autor principal en un artículo que aparece en el Cartas de revistas astrofísicas . "Requieren la extrema precisión y sensibilidad de ALMA, junto con algunas de las condiciones atmosféricas más secas y estables que se pueden encontrar en la Tierra ".

En condiciones atmosféricas ideales, que ocurrió la noche del 5 de abril de 2018, Los astrónomos entrenaron la frecuencia más alta de ALMA, Visión submilimétrica en una curiosa región de la Nebulosa Pata de Gato (también conocida como NGC 6334I), un complejo de formación de estrellas ubicado a unos 4, A 300 años luz de la Tierra en dirección a la constelación meridional de Scorpius.

Las observaciones anteriores de ALMA de esta región a frecuencias más bajas revelaron la formación de estrellas turbulentas, un entorno altamente dinámico, y una gran cantidad de moléculas dentro de la nebulosa.

Para observar a frecuencias más altas, Las antenas de ALMA están diseñadas para adaptarse a una serie de "bandas", numeradas del 1 al 10, que estudian cada una de ellas una franja particular del espectro. Los receptores de Banda 10 observan a la frecuencia más alta (longitudes de onda más cortas) de cualquiera de los instrumentos de ALMA, cubriendo longitudes de onda de 0,3 a 0,4 milímetros (787 a 950 gigahercios), que también se considera luz infrarroja de longitud de onda larga.

Estas observaciones de ALMA, las primeras en su tipo, con la Banda 10 produjeron dos resultados emocionantes.

Chorros de vapor de Protostar

Uno de los primeros resultados de la Banda 10 de ALMA también fue uno de los más desafiantes, la observación directa de chorros de vapor de agua que salen de una de las protoestrellas masivas de la región. ALMA pudo detectar la luz de longitud de onda submilimétrica emitida naturalmente por el agua pesada (moléculas de agua compuestas de oxígeno, átomos de hidrógeno y deuterio, que son átomos de hidrógeno con un protón y un neutrón en su núcleo).

"Normalmente, no podríamos ver directamente esta señal en particular desde el suelo, "dijo Crystal Brogan, astrónomo de la NRAO y coautor del artículo. "Atmósfera terrestre, incluso en lugares notablemente áridos, todavía contiene suficiente vapor de agua para abrumar completamente esta señal de cualquier fuente cósmica. Durante condiciones excepcionalmente prístinas en el alto desierto de Atacama, sin embargo, De hecho, ALMA puede detectar esa señal. Esto es algo que ningún otro telescopio en la Tierra puede lograr ".

A medida que las estrellas comienzan a formarse a partir de nubes masivas de polvo y gas, el material que rodea a la estrella cae sobre la masa en el centro. Una porción de este material, sin embargo, es impulsado lejos de la protoestrella en crecimiento como un par de chorros, que arrastran gases y moléculas, incluyendo agua.

El agua pesada que observaron los investigadores se aleja de una sola protoestrella o de un pequeño grupo de protoestrellas. Estos chorros están orientados de manera diferente a lo que parecen ser chorros mucho más grandes y potencialmente más maduros que emanan de la misma región. Los astrónomos especulan que los chorros de agua pesada vistos por ALMA son características relativamente recientes que recién comienzan a moverse hacia la nebulosa circundante.

Estas observaciones también muestran que en las regiones donde esta agua choca contra el gas circundante, Los máseres de agua de baja frecuencia (versiones de microondas de origen natural de los láseres) se encienden. Los máseres fueron detectados en observaciones complementarias por Very Large Array de la National Science Foundation.

ALMA observa moléculas en abundancia

Además de crear imágenes impactantes de objetos en el espacio, ALMA es también un sensor químico cósmico sumamente sensible. Mientras las moléculas caen y vibran en el espacio, emiten luz de forma natural en longitudes de onda específicas, que aparecen como picos y caídas en un espectro. Todas las bandas receptoras de ALMA pueden detectar estas huellas digitales espectrales únicas, pero esas líneas en las frecuencias más altas ofrecen una visión única del encendedor, productos químicos importantes, como agua pesada. También brindan la capacidad de ver señales de complejos, moléculas calientes, que tienen líneas espectrales más débiles a frecuencias más bajas.

Usando la banda 10, los investigadores pudieron observar una región del espectro que es extraordinariamente rica en huellas dactilares moleculares, incluyendo glicoaldehído, la molécula relacionada con el azúcar más simple.

En comparación con las mejores observaciones del mundo anteriores de la misma fuente con el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea, las observaciones de ALMA detectaron más de diez veces más líneas espectrales.

"Detectamos una gran cantidad de moléculas orgánicas complejas que rodean esta región masiva de formación de estrellas, ", dijo McGuire." Estos resultados han sido recibidos con entusiasmo por la comunidad astronómica y muestran una vez más cómo ALMA remodelará nuestra comprensión del universo ".

ALMA puede aprovechar estas raras oportunidades cuando las condiciones atmosféricas son "las adecuadas" mediante la programación dinámica. Eso significa, los operadores de telescopios y astrónomos monitorean cuidadosamente el clima y realizan las observaciones planificadas que mejor se adaptan a las condiciones reinantes.

"Ciertamente, hay bastantes condiciones que deben cumplirse para realizar una observación exitosa utilizando la Banda 10, ", concluyó Brogan." Pero estos nuevos resultados de ALMA demuestran cuán importantes pueden ser estas observaciones ".

"Para permanecer a la vanguardia del descubrimiento, Los observatorios deben innovar continuamente para impulsar la vanguardia de lo que la astronomía puede lograr, "dijo Joe Pesce, el director del programa del Observatorio Nacional de Radioastronomía de la NSF. "Ese es un elemento central de NRAO de NSF, y su telescopio ALMA, y este descubrimiento empuja el límite de lo que es posible a través de la astronomía terrestre ".

Esta investigación se presenta en un artículo titulado "Primeros resultados de un estudio de línea espectral de banda 10 de ALMA de NGC 6334I:Detecciones de glicolaldehído (HC (O) CH2OH) y un nuevo flujo de salida bipolar compacto en HDO y CS, "por B. McGuire et al. en el Cartas de revistas astrofísicas .