Una galaxia formando estrellas con rapidez cuando el universo tenía 700 millones de años

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Se publica en Nature el descubrimiento de la sexta galaxia con corrimiento al rojo z > 7 cuya línea de emisión Lyman-α del hidrógeno ha sido observada por espectroscopía de infrarrojo. Tiene z = 7,5078 ± 0,0004, se ha descubierto tras estudiar 43 galaxias con z > 6,5 con el espectrógrafo MOSFIRE en el telescopio Keck I de 10 metros y presenta una alta tasa de formación de estrellas (alrededor de 330 masas solares por año, más de 100 veces la tasa actual de la Vía Láctea). La nueva galaxia, llamada z8_GND_5296, es muy brillante, con una magnitud aparente de 25,6 y una masa de (1,0 ± 0,2) × 109 masas solares. Su tasa de formación de estrellas es muy alta, unas diez veces mayor que una galaxia típica con z ≈ 7,  y se estima que dobla su masa cada 4 millones de años. El artículo técnico es S. L. Finkelstein et al., “A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51,” Nature 502: 524–527, 24 Oct 2013arXiv:1310.6031 [astro-ph.CO]. Más información divulgativa en Maggie McKee, “Light from farthest galaxy yet discovered breaks through cosmic fog,” Nature News, 23 Oct 2013, y Dominik A. Riechers, “Astronomy: New distance record for galaxies,” Nature 502: 459–460, 24 Oct 2013.

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Sobre la noticia que afirma que no hay materia oscura en el entorno del Sol

La importancia de leer la letra pequeña es bien conocida. Igual de importante es leer el artículo técnico que sustenta una noticia. Hay detalles que omiten las noticias de prensa científica, en aras a la brevedad, que son fundamentales para entender su alcance. Sobre todo los artículos sustentados en un modelo teórico, cuyas hipótesis son más importantes que las propias conclusiones derivadas de su comparación con resultados experimentales. Permíteme ponerte un ejemplo muy reciente. Supongo que ya habrás leído “¿Serio golpe a las teorías sobre materia oscura?,” Ciencia Kanija, 18 abril 2012 [Noticias ESO, 18 abril 2012; yo me enteré gracias a la lista de correo interna de Amazings.es]. Permíteme unos extractos.

“El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. Las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura. Utilizando el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol. “La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso. Los nuevos resultados significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de  materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito. “Si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

Las teorías predicen que la cantidad media de materia oscura en la vecindad del Sol en nuestra galaxia debería ser de entre 0,4 y 1 kilogramo en un volumen del tamaño de la Tierra. Las nuevas medidas encuentran 0,00±0,07 kilogramos de materia oscura en un volumen del tamaño de la Tierra” [como densidad media en toda la región estudiada].

El artículo técnico es C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1204.3924, quienes utilizan un modelo teórico derivado en su artículo previo C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk I. Thick disk kinematics,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1202.1799. Hay un artículo técnico breve que resume el resultado obtenido, C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “No evidence of dark matter in the solar neighborhood,” Proceedings of the first binational Sochias-AAA meeting, held in San Juan, Argentina, arXiv:1204.3919.

Ofrecí mi opinión en la propia lista de correo interna de Amazings.es; quizás era más crítica y más ácida de la cuenta, pero ya sabéis que la mula Francis es muy mulo; he estado muy liado y mi idea era omitir este asunto haciendo mutis por el foro. Los lectores de este blog que creen que la materia oscura no existe me acusarán de que defiendo el modelo cosmológico de consenso ante toda prueba en contra y que debería ser mucho más crítico con todas las pruebas recabadas en los últimos 40 años a favor de la materia oscura. Con toda seguridad dichas pruebas son interpretadas de forma incorrecta por casi todos los astrofísicos y cosmólogos del mundo; este nuevo [y revolucionario] estudio lo deja claro y fuera de toda duda, todos están equivocados. Pero la mula Francis tiene que leer la letra pequeña; mi crítica surgió de mi primera ojeada rápida al artículo de Moni Bidin y sus colegas.
Ahora mismo ya no soy la única voz crítica y todas las fuentes fiables de noticias científicas ofrecen un grano de sal y otro de pimienta respecto a este estudio. Por ejemplo, te recomiendo consultar Ron Cowen, “Survey finds no hint of dark matter near Solar System. Result poses a cosmic dilemma but critics prescribe caution,” Nature News, 19 April 2012, y Adrian Cho, “Has Dark Matter Gone Missing? If a new study is true, then the search for dark matter just got a lot weirder. But some scientists doubt the reliability of the team’s method for measuring the elusive substance,” Science NOW, 19 April 2012. Más noticias de prensa en Google News.

Al grano, el estudio se basa en comparar los resultados de un modelo teórico basado en usar un modelo no relativista para la materia oscura, que se supone que se mueve lentamente; en concreto, substituir la ecuación de Jeans, que modela las fluctuaciones de fluido no relativista, en la ecuación de Poisson para el campo gravitatorio newtoniano. La ecuación de Jeans se basa en varias hipótesis razonables entre las que destacan que la materia oscura esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae de forma exponencial tanto en la dirección radial como en la vertical, etc. Todas estas hipótesis se resumen en que el modelo teórico asume que la materia oscura en la región estudiada tiene forma más o menos esférica con densidad casi constante. Estas hipótesis son razonables para la materia oscura en el halo galáctico en su conjunto, pero en una región tan pequeña alrededor del Sol genera muchas dudas.

Mi comentario en la lista de correo interna de Amazings.es fue el siguiente.

“Los resultados se basan en un modelo muy simple de la distribución de la materia oscura en nuestra galaxia (una esfera). Hay muchos resultados previos que indican que la materia oscura en nuestra galaxia tiene una distribución bastante irregular (producto del canibalismo galáctico, la Vía Láctea ha robado materia oscura a las galaxias satélite que la rodean formando grandes chorros, según las simulaciones numéricas, de materia oscura en nuestro halo galáctico y el brazo de Orión [la región estudiada] podría ser deficitario, ya que se sabe que el de Sagitario tiene excesos). Los resultados del artículo no comparan sus resultados con los obtenidos mediante simulaciones de la evolución de la Vía Láctea en los últimos miles de millones de años (hay varios grupos españoles especialistas en este campo).

En resumen, tras una ojeada rápida, yo cogería con pinzas este nuevo resultado, aunque se haya publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal. Ya os contaré más cuando me lea en detalle este artículo.”

En una galaxia tan complicada como la Vía Láctea, extraer consecuencias sobre la distribución de la materia oscura en la región local alrededor del Sol utilizando el teorema virial y sus variantes, en mi modesta opinión, no está justificado y puede llevar a resultados erróneos. Os recuerdo lo que ya escribí en este blog sobre el canibalismo galáctico utilizando una sola imagen.

Cualquier imagen “realista” de la distribución de materia ordinaria en la Vía Láctea muestra que la región que rodea al Sol no es especialmente típica y por tanto no hay ninguna razón para que la materia oscura del halo galáctico en dicha región sea especialmente esférica; incluso yo lo dudaría respecto a la Vía Láctea en su conjunto.

Ahora mismo recuerdo también el reciente artículo en Investigación y Ciencia (Scientific American) sobre la posibilidad de que el plano galáctico de la Vía Láctea esté curvado. Por ahora es solo una hipótesis razonable, pero lo importante es que nos recuerda que la historia de nuestra galaxia ha sido muy accidentada y que asumir una distribución de materia oscura que no haya sufrido dichos avatares no es ningún modo razonable. Nuestra galaxia ha interaccionado con otras galaxias y sus halos galácticos también han sido afectados (recuerda que aunque la materia ordinaria interacciona con la oscura solo a través de la gravedad, todo el mundo cree que la materia oscura interacciona con la materia oscura de forma similar a como la materia ordinaria interacciona con la materia ordinaria). Te dejo esta imagen extraída del artículo de Leo Blitz, “El lado oscuro de la Vía Láctea,” Investigación y Ciencia, Diciembre 2011.

El telescopio Hubble observa el objeto astronómico más lejano hasta ahora (la galaxia UDFy-38135539 con z=8’56)

 

Un trozo de cielo observado por el telescopio espacial Hubble, llamado Campo Ultraprofundo (Ultra Deep Field), muestra el objeto astronómico más lejano conocido hasta ahora. Una galaxia situada a más de 4 mil millones de parsecs de la Tierra con un corrimiento al rojo de z = 8’56 (el récord anterior era z = 8’2) compuesta por unos mil millones de estrellas y que se formó a los 600 millones de años después de la gran explosión (Big Bang). La figura muestra un trozo de la imagen obtenida por Hubble junto al espectro de la galaxia UDFy-38135539, que presenta una clara línea de emisión Lyman-α del hidrógeno. Dicho espectro ha sido confirmado por el Espectrógrafo de Campo Integral SINFONI del Telescopio Muy Grande (VLT) en Chile (requirió 16 horas de observación). UDFy-38135539 es la primera galaxia que se sabe seguro que haya vivido en la época de reionización y se cree que está rodeada por una burbuja de gas de hidrógeno ionizado con un radio de al menos 1 millón de parsecs. Un récord que será difícil de batir, aunque el futuro telescopio espacial James Webb (JWST) será capaz de detectar la raya Lyman-α de galaxias de hasta z = 8’9. Nos lo ha contado Michele Trenti, “Astronomy: Galaxy sets distance mark,” Nature 467: 924–925, 21 October 2010, haciéndose eco del artículo de Matthew D. Lehnert et al., “Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6,” Nature 467: 940–942, 21 October 2010.

PS: Más información divulgativa en “Hallan la galaxia más lejana observada hasta el momento. UDFy-38135539 está a 13.100 millones de años luz, por lo que sus fotones han tardado en llegar a la Tierra casi el mismo tiempo que lleva existiendo el Universo,” EFE, El Correo.com, 20/oct/2010 [visto en Menéame].

Nueva imagen de nuestra Vía Láctea (o cómo lo más cercano es lo más desconocido)

Abajo: Antigua imagen (popular) de la Vía Láctea (similar a Andrómeda).

Arriba: Nueva imagen (técnica) de la Vïa Láctea. (c) Science, 2008.

Imagen (técnica) de la Vía Láctea. (c) NASA, 2005.

Habrá que acostumbrarse a la nueva imagen de la Vía Láctea. Las dos primeras imágenes de arriba están sacadas del artículo de Phil Berardelli, “The Milky Way Gets a Facelift,” ScienceNOW Daily News, 03 June 2008 . Siempre habíamos pensado que nuestra Vïa Láctea era como Andrómeda, pero no es así. La imagen de más abajo de las 3, de la NASA, aparece en wikipedia desde hace ya varios años. Habrá que comparar estas dos últimas imágenes. Las nuevas observaciones presentadas por dos grupos de investigación en el 212th meeting of the American Astronomical Society in St. Louis, Missouri, revelan que la Vía Láctea tiene “muy debilitados” dos de sus cuatro brazos espirales. Más aún el brazo central es casi el doble de grande de lo que se pensaba. Como se muestra en la figura, obtenida por un grupo de investigación que ha utilizado el Telescopio Espacial Spitzer para estudiar la friolera de 110 millones de estrellas de nuestra galaxia. Los datos se han confirmado por otro equipo que ha utilizado uno de los telescopios terrestres más poderosos, el Very Long Baseline Array.

Lo dicho, si pensabas que conocías la foto de nuestra Galaxia, que obviamente es imposible de hacer porque nos encontramos dentro de ella. Lo siento. Es mucho más complicada de lo que pensabas.