La cartografía del universo y de sus galaxias revela sus primeros resultados

La colaboración SDSS-III, en la que participa el IAC, anuncia nuevos resultados del proyecto BOSS sobre la enigmática energía oscura y los neutrinos, las elusivas partículas subatómicas claves para entender tanto el origen del universo como las supernovas

También se han presentado los resultados de los proyectos SEGUE, que proporciona información sobre la evolución de la Vía Láctea, y el recién iniciado APOGEE, que logra observar regiones del cielo muy oscurecidas por la presencia de polvo interestelar gracias a la luz infrarroja.

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Créditos: David Kirby (Universidad de California) y la colaboración SDSS-III

Una década mapeando el universo tiene su recompensa. La colaboración internacional Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-III), de la que es miembro el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha anunciado los retos que quedan pendientes hasta su conclusión, en 2014. Entre ellos, realizar un sondeo para trazar la historia de la Vía Láctea a través del estudio de más de 100.000 estrellas evolucionadas, algunas de ellas con casi la misma edad que el universo. Además, esta colaboración ha presentado resultados fruto del análisis de la mayor y más profunda fotografía del cielo nocturno captada hasta la fecha, concluida hace un año: su estudio ha permitido a los investigadores remontarse 6.000 millones de años atrás en el tiempo y profundizar sobre la naturaleza de las enigmáticas materia y energía oscura, que componen el 95% del universo sin que se sepa con certeza qué son. También se ha logrado determinar con gran precisión la mayor masa posible de los neutrinos, claves para entender tanto el origen del universo como las supernovas.

SDSS-III ha repasado todas estas cuestiones en la última reunión de la Sociedad Americana de Astronomía (AAS, en su acrónimo inglés), celebrada hasta hoy, viernes 13, en Austin (Texas, EEUU). El encuentro ha supuesto la puesta de largo del proyecto APOGEE, que emplea uno de los más eficientes espectrógrafos para luz infrarroja del mundo para capturar la composición química y los movimientos de más de 100.000 gigantes rojas a lo largo y ancho de la Vía Láctea. Se trata de un grupo de estrellas muy evolucionadas, que incluye algunas de las primeras que se crearon en el universo. Estos fósiles permitirán desvelar cómo creció nuestra galaxia devorando a otras de menor tamaño y quizá conocer algo de su futuro.

Para completar el proyecto APOGEE, los astrofísicos trabajan en el Observatorio de Apache Point (Nuevo México, EEUU) con un instrumento que incluye la tecnología más puntera en la óptica del infrarrojo. El investigador del IAC Carlos Allende, que lidera el equipo encargado del software de análisis de datos de esta iniciativa, destaca que el dispositivo se ha construido en el tiempo récord de un año y medio: “Considerando que integra las más modernas tecnologías de óptica en el infrarrojo, este espacio tan corto entre diseño y construcción es realmente asombroso”, afirma.

El astrofísico explica que APOGEE, al trabajar en la longitud de onda del infrarrojo cercano, se diferencia de otros proyectos anteriores porque logra vencer el polvo concentrado en el plano central de la Vía Láctea, que oscurecía la luz visible de las estrellas analizadas y dificultaba su estudio. “Así, se logran medidas de estrellas a grandes distancias en el plano de la galaxia”, apunta Allende, que es también coordinador científico de la colaboración SDSS-III en el IAC.

APOGEE se caracteriza además por su rapidez: la tecnología del dispositivo permite obtener espectros de alta resolución de 300 estrellas de manera simultánea, lo que agiliza en cientos de veces la velocidad de recolección de datos si se compara con los instrumentos habituales, que analizan las estrellas de una en una. En sus primeros seis meses de operación, el proyecto ha observado, con gran resolución, los espectros de 32.000 estrellas a lo largo de toda la Vía Láctea.

Diseccionando el disco de la Vía Láctea

En la reunión de Austin se han puesto asimismo en común resultados de otro de los proyectos del SDSSS-III: SEGUE II, que busca ampliar nuestro conocimiento de la vecindad del Sol en la Vía Láctea y que, por el momento, ha podido confirmar la teoría de que algunas nuevas galaxias surgen por la fusión de otras dos.

El proyecto, cuyo software para el análisis de espectros ha sido parcialmente desarrollado por el IAC, ha analizado la composición química de más de 118.000 estrellas de nuestra galaxia, algunas de ellas localizadas en su disco. Los últimos datos del proyecto confirman que la mayoría de las estrellas en la zona –la banda de estrellas más luminosa que se aprecia al mirar al cielo nocturno- orbitan alrededor del centro de la galaxia, su núcleo. Sin embargo, algunas de ellas bailan a otro ritmo: sus órbitas les llevan muy por encima y por debajo del plano de la galaxia. Un misterioso comportamiento.

Como explica Allende, nada mejor que SEGUE II para resolver el enigma: "El proyecto nos ha permitido pasar de tener medidas de la composición química de cientos de estrellas en la vecindad solar, a tener medidas de cientos de miles a distancias mucho mayores". Anteriormente, las medidas realizadas se centraban en las abundancias de hierro. Ahora, con estudios como el que desarrolla en el IAC la investigadora Emma Fernández, se busca obtener las abundancias de elementos como carbono, magnesio o calcio.

El avance que representa SEGUE II ha permitido describir la historia del disco de la Vía Láctea, que crece de dentro hacia fuera. Su primera generación de estrellas se componía de hidrógeno y helio. Con el tiempo, las estrellas convirtieron esos gases en elementos más pesados, como el calcio o el hierro. Con cada nueva generación de estrellas, las cantidades de éstos y otros elementos pesados crecía. Este árbol genealógico trazado por SEGUE sólo tiene una nota discordante en las citadas estrellas con órbitas extrañas: todas presentan una composición similar de materiales pesados, con independencia de su ubicación ¿Cómo llegaron hasta ahí? Las investigaciones de SDSS apuntan, entre otras hipótesis, a que se podrían haber desplazado por el impacto de la Vía Láctea con galaxias vecinas.

Energía oscura y neutrinos

El último de los proyectos destacados en el encuentro de Austin es BOSS, que incluye observaciones con el telescopio Sloan que han dado lugar a la mayor fotografía -a todo color- del cielo nocturno captada hasta el momento. En total, más de un billón de píxeles que precisarían 500.000 televisores de alta definición para observarse al completo.

La ingente información del proyecto ya está ofreciendo resultados. En la conferencia de Texas se han presentado las primeras cuatro investigaciones, que ahondan en el proceso de expansión del universo y en su composición. Aclarar este segundo extremo constituye uno de los grandes retos de la astrofísica para el futuro: la mayor parte del universo está compuesto por energía y materia oscura, cuya naturaleza aún no ha sido esclarecida. Los avances que se han realizado con BOSS, a partir del estudio de 900.000 galaxias luminosas, han permitido retrotraer la historia del universo unos 6.000 millones de años, aproximadamente el momento en que tenía la mitad de su edad actual. Sus primeras conclusiones apuntan a que la energía oscura supone un 73% del universo. Los cálculos tienen un margen de error de apenas el 2%.

Un laboratorio para el estudio de neutrinos

La composición del universo encierra otro misterio: los neutrinos. Estas partículas subatómicas de masa casi imperceptible están en el punto de mira de la física actual por la posibilidad de que viajen a una velocidad superior a la de la luz. La física de partículas aborda su estudio a través de átomos pero, según el investigador de la Universidad de Valencia Roland de Putter, “uno de los mejores laboratorios para investigarlos está en el universo”. Su equipo, a partir de los datos de BOSS, ha determinado con precisión la mayor masa posible de estas partículas en 0,3 electron-voltios (inferior a la trillonésima parte de un gramo), un mejor acercamiento a este dato del que se ofrece por parte de los métodos de la física de partículas tradicional.

La exactitud de la información es sólo el principio. SDSS-III próximamente publicará el nuevo conjunto de observaciones del proyecto ('Data Release 9'), que promete datos más precisos de las distancias a las galaxias, que sustituirán las estimaciones actuales.

Aunque el proyecto SDSS-III acabará en el 2014, ya están aprobados los nuevos proyectos que utilizarán el Observatorio Apache Point hasta el 2020. Para Ismael Pérez-Fournon, investigador del IAC y representante del Instituto en el Consejo Asesor de SDSS-III, los proyectos de SDSS dejan clara la importancia que tienen los telescopios de tamaño mediano equipados con instrumentación avanzada en la astronomía moderna. “El telescopio Sloan, cuyo espejo primario es de sólo 2.5 m de diámetro, cuenta con los mejores espectrógrafos para observaciones simultáneas de gran número de estrellas y galaxias, tanto en el rango visible como en el infrarrojo cercano. Por ejemplo, el proyecto BOSS obtiene cada noche espectros de varios miles de galaxias y de cientos de cuásares”, señala.

La colaboración SDSS-III (www.sdss3.org) agrupa instituciones de todo el mundo. Financiada por la Fundación Alfred P. Sloan, las entidades participantes en el consorcio son la National Science Foundation y el Departamento de Energía de EEUU. La colaboración es gestionada por un consorcio que incluye, además de al IAC, a la Universidad de Arizona, el Grupo de Participación Brasileño, la Universidad de Florida, el Grupo de Participación Francés y Alemán, el Grupo de Participación de las universidades Michigan State, Notre Dame y JNA, la Universidad Johns Hopkins, el Lawrence Berkeley National Laboratory, el Max Planck Institute for Astrophysics, la Universidad Estatal de Nuevo México, la Universidad de Nueva York, la Universidad de Ohio, la Universidad de Penn State, la Universidad de Portsmouth, la Univesidad de Princeton, el Grupo de Participación Español, la Universidad de Tokio, la Universidad de Utah, la Universidad Vanderbilt, la Universidad de Virginia, la Universidad de Washington y la Universidad de Yale.

http://www.iac.es

Contacto e información complementaria: Ismael Pérez Fournón (ipf@iac.es ) / 922 605 257 y  Carlos Allende Prieto ( callende@iac.es ) / 922 605 246. Investigadores del IAC.

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