Antena parabólica de COMAP en Owens Valley Radio Observatory. Crédito:OVRO/Caltech
En algún momento alrededor de 400 millones de años después del nacimiento de nuestro universo, las primeras estrellas comenzaron a formarse. Las llamadas edades oscuras del universo llegaron a su fin y comenzó una nueva era llena de luz. Más y más galaxias comenzaron a tomar forma y sirvieron como fábricas para producir nuevas estrellas, un proceso que alcanzó su punto máximo unos 4 mil millones de años después del Big Bang.
Afortunadamente para los astrónomos, se puede observar esta época pasada. La luz distante tarda en llegar hasta nosotros, y nuestros telescopios pueden captar la luz emitida por galaxias y estrellas hace miles de millones de años (nuestro universo tiene 13 800 millones de años). Pero los detalles de este capítulo en la historia de nuestro universo son turbios ya que la mayoría de las estrellas que se están formando son débiles y están ocultas por el polvo.
Un nuevo proyecto de Caltech, llamado COMAP (CO Mapping Array Project), nos ofrecerá una nueva visión de esta época de ensamblaje de galaxias, ayudando a responder preguntas sobre qué causó realmente el rápido aumento de la producción de estrellas en el universo.
"La mayoría de los instrumentos pueden ver la punta de un iceberg al observar las galaxias de este período", dice Kieran Cleary, investigador principal del proyecto y director asociado del Owens Valley Radio Observatory (OVRO) de Caltech. "Pero COMAP verá lo que hay debajo, oculto a la vista".
La fase actual del proyecto utiliza un plato de radio "Leighton" de 10,4 metros en OVRO para estudiar los tipos más comunes de galaxias formadoras de estrellas repartidas por el espacio y el tiempo, incluidas aquellas que son demasiado difíciles de ver de otras maneras porque son demasiado débiles u ocultos por el polvo. Las observaciones de radio rastrean la materia prima de la que están hechas las estrellas:gas de hidrógeno frío. Este gas no es fácil de identificar directamente, por lo que COMAP mide señales de radio brillantes del gas monóxido de carbono (CO), que siempre está presente junto con el hidrógeno. La cámara de radio de COMAP es la más poderosa jamás construida para detectar estas señales de radio.
Izquierda:2,5 grados simulados 2 campo que muestra las posiciones de las galaxias en gris (adaptado de Kovetz et al. 2017). Centro:mapa de intensidad de CO simulado del mismo campo en un segmento de 40 MHz de ancho de banda, correspondiente a un intervalo de corrimiento al rojo Δz =0,004. El VLA tardaría alrededor de 4500 horas en cubrir la misma área, pero detectaría solo el 1% de las galaxias (que se muestran en rojo a la izquierda). COMAP, por otro lado, es sensible a la emisión agregada de todas las galaxias en la línea de visión, incluidas aquellas que son demasiado débiles para detectarlas individualmente. Derecha:un espectro de potencia representativo para el mapa de intensidad que se muestra en el panel central. El espectro se compone de dos componentes:uno del agrupamiento de galaxias a gran escala y un segundo que surge del ruido de disparo independiente de la escala, que domina a pequeña escala. La región sombreada indica esquemáticamente las escalas a las que el Pathfinder es más sensible. Crédito:El diario astrofísico (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac63cc
Los primeros resultados científicos del proyecto acaban de publicarse en siete artículos en The Astrophysical Journal . Con base en las observaciones realizadas un año después de un sondeo planificado de cinco años, COMAP estableció límites superiores sobre la cantidad de gas frío que debe estar presente en las galaxias en la época que se estudia, incluidas las que normalmente son demasiado débiles y polvorientas para ver. Si bien el proyecto aún no ha realizado una detección directa de la señal de CO, estos primeros resultados demuestran que está en camino de hacerlo al final de la encuesta inicial de cinco años y, en última instancia, dibujará la imagen más completa hasta ahora de la historia del universo. de formación estelar.
"Mirando hacia el futuro del proyecto, nuestro objetivo es utilizar esta técnica para mirar sucesivamente más y más atrás en el tiempo", dice Cleary. "Comenzando 4 mil millones de años después del Big Bang, seguiremos retrocediendo en el tiempo hasta llegar a la época de las primeras estrellas y galaxias, un par de mil millones de años antes".
Anthony Readhead, co-investigador principal y Profesor Emérito de Astronomía Robinson, dice que COMAP verá no solo la primera época de estrellas y galaxias, sino también su épico declive. "Observaremos la formación de estrellas subiendo y bajando como una marea oceánica", dice.
COMAP funciona capturando imágenes de radio borrosas de cúmulos de galaxias a lo largo del tiempo cósmico en lugar de imágenes nítidas de galaxias individuales. Esta borrosidad permite a los astrónomos capturar de manera eficiente toda la luz de radio proveniente de un grupo más grande de galaxias, incluso las más débiles y polvorientas que nunca se han visto.
"De esta manera, podemos encontrar las propiedades promedio de las galaxias débiles típicas sin necesidad de saber con mucha precisión dónde se encuentra una galaxia individual", explica Cleary. "Esto es como encontrar la temperatura de un gran volumen de agua usando un termómetro en lugar de analizar los movimientos de las moléculas de agua individuales".
Un resumen de los nuevos hallazgos aparece en The Astrophysical Journal . Radio y microondas revelan la verdadera naturaleza de las galaxias oscuras en el universo primitivo
