El GTC contribuye a resolver el enigma de la densidad de las galaxias en los orígenes del universo

Un equipo internacional, con la colaboración del IAC, descubre que las galaxias del universo temprano, ubicadas a 8.000 millones de años luz, no son tan densas como se pensaba hasta el momento.

La investigación aporta nuevos datos para esclarecer el misterio de cómo las galaxias que nacen densas y pequeñas en su juventud alcanzan luego tamaños grandes como la Vía Láctea.

¿Por qué las galaxias en el universo temprano –el más alejado respecto de la Tierra- son más densas y pequeñas que otras galaxias más cercanas, como la propia Via Láctea? ¿Cómo evolucionan de pequeña a gigante? El enigma, objeto de diversas hipótesis en la comunidad científica, está más cerca de resolverse gracias a observaciones realizadas en el Gran Telescopio Canarias (GTC), el mayor telescopio óptico del mundo. Y aunque aún queda camino por andar el trabajo, que cuenta con la participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), deja patente que instrumentos tan potentes como este telescopio, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), permiten que los científicos continúen cuestionándose sus propias teorías para avanzar en el conocimiento de los lugares más lejanos del Universo.

El trabajo, que aparece publicado en la revista Astrophysical Journal Letters, ha sido dirigido por los investigadores de la Universidad de Florida, Jesús Martínez y Rafael Guzmán y ha contado con la colaboración de investigadores del IAC y la Universidad Complutense de Madrid. El equipo observó cuatro jóvenes galaxias, ubicadas a ocho mil millones de años luz de La Tierra, y comprobó en sus espectros que eran, en promedio, seis veces menos densas de lo que se creía. Para ello, se han servido del espectrógrafo OSIRIS, instalado en el GTC.

El dato rebaja parcialmente la espectacularidad que se suponía a las galaxias más jóvenes, hasta el momento descritas como objetos extremadamente compactos que albergaban masas miles de millones de veces superiores a la del Sol en un tamaño de cinco a diez veces menor al de sus compañeras observadas en el universo maduro. De ser así, las estrellas estarían tan próximas unas de otras que el cielo nocturno sería completamente brillante.

A juzgar por las conclusiones de la investigación, es probable que esos cielos no brillen tanto ni que la masa de las galaxias jóvenes sea tan pesada. Y puede que su evolución a galaxias de gran tamaño no sea tan drástica como se estimaba. Eso sí, los datos del la investigación parecen avalar la teoría que explica su crecimiento por su unión con satélites menores.

El estudio se ha nutrido de trabajos previos realizados por los investigadores del IAC Nacho Trujillo, Mercedes Prieto, Angela Hempel y Marc Balcells, uno de los grupos que mejor conocen las galaxias estudiadas. Los científicos también ayudaron a sus colegas en la preparación de las observaciones y a analizar e interpretar los datos.

El sábado habrá lluvia de estrellas

Este sábado 8 de octubre la Tierra recibirá el impacto de miles de pequeñas partículas de polvo provenientes del cometa 21P/Giacobini-Zinner que formarán la lluvia de estrellas de las dracónidas.

El fenómeno será visible principalmente en Europa, la Universidad Complutense de Madrid informó que el suceso se producirá hacia las 22:00 hora local del sábado (20:00 GMT) y se espera que se alcance el máximo de actividad con hasta una estrella fugaz por minuto.  Pero la presencia de una luna casi llena representará un reto para observar algunos de los meteoros.

"Como los dracónidos se mueven con relativa lentitud, a 20 kilómetros por segundo, por lo que tienden a desvanecerse y la luz de la luna "realmente los desaparece", indicó Bill Cooke director de Oficina de Ambiente de Meteoritos de la NASA.

En América es posible que el sol no permita observarla pues el clímax de la lluvia será entre las 14:00 a 17:00 horas. La Sociedad Astronómica Urania no descartó alguna sorpresa para los observadores en el continente americano, por lo que recomendó ubicarse lejos de las luces de las ciudad y dejar que nuestra visión se acostumbre a la oscuridad durante un lapso de 20 a 30 minutos, para poder observar los meteoros más débiles.

Las dracónidas son una de las lluvias de estrellas de menor actividad visible a lo largo del año y toman su nombre de la constelación de la que parecen surgir; Draco o el Dragón ubicada al norte de la bóveda celeste, aunque también son conocidas como Giacobinidas por el cometa del que provienen.

El cometa 21P/Giacobini-Zinner fue descubierto hace poco más de cien años, el cual emite las partículas que provocan la lluvia entre el 1 y el 10 de octubre durante su órbita a través del sector interior del Sistema Solar cada siete años.

El año pasado en un congreso de meteoritos, dos científicos de la NASA, dieron a conocer sus cálculos para la órbita del cometa Giacobini-Zinner y los rastros que ha ido dejando a lo largo de las décadas pasadas. Bill Cooke, uno de los expertos, calculó que alguno de los enjambres desprendidos del cometa a principios del siglo XX, se encontraba en ruta de colisión con la Tierra, siendo el 8 de octubre la fecha del encuentro.

La alerta lanzada por Cooke motivo a la NASA a analizar la posibilidad de mover la estación espacial internacional para evitar alguna colisión, sin embargo se ha determinado no hacerlo.

Otros satélites sí se reorientaron para proteger su delicada electrónica que podría ser alterada por las pequeñas partículas del tamaño de un grano de sal que componen las dracónidas.

La última vez que las dracónidas ofrecieron un espectáculo como el que tendrá lugar el 8 de octubre, fue en los años de  1933 y 1946.

Hallan planetas en fotos de hace 10 años

Los planetas no fueron encontrados en 1998, cuando las observaciones del Hubble fueron tomadas porque los métodos utilizados para su detección no estaban disponibles en ese momento. El brillo de la luz central impedía que la tenue luminosidad de los planetas se distinguiera.

Ahora se sabe que son cuatro los planetas gigantes que orbitan alrededor de la estrella HR 8799 a 130 años luz de la tierra. Remi Soummer, del Space Telescope Science Institute, detectó el cuarto que es más profundo ya que se encuentra a 1.5 millones de kilómetros de su estrella y no se puede ver porque está en el borde de una mancha, que bloquea la luz de la estrella central.

En 2007 y 2008 los tres primeros planetas fueron descubiertos en el espectro infrarrojo por el Observatorio Keck WM y el telescopio Gemini Norte por Christian Marois del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de Canadá y su equipo.

En 2009 David Lafreniere de la Universidad de Montreal recuperó los datos del Hubble e identificó la posición de los exoplanetas conocidos, así como su órbita. Esto demostró por primera vez el poder de una nueva técnica de procesamiento de datos para la recuperación de los planetas débiles enterrado en el brillo de la estrella central.

Ahora, gracias al análisis de Soummer, se sabe que los tres exoplanetas, denominación que se les da a los cuerpos que están fuera de nuestro sistema solar, son gigantes gaseosos que tienen órbitas de alrededor 100, 200 y 400 años.

Esto significa que los astrónomos esperarán mucho tiempo para ver cómo los planetas se mueven a lo largo de sus trayectorias. Aunque, el nuevo planeta se mueve más lento, ya que apenas ha cambiado de posición en 10 años y aún no se calcula el tiempo de su órbita.

"El descubrimiento de estos tesoros escondidos en el archivo del Hubble proporciona a los astrónomos una máquina del tiempo invaluable para comparar los datos de los planetas mucho antes de movimiento orbital de las observaciones más recientes. También demuestra un nuevo enfoque para la caza de planetas en el archivo de datos del Hubble", dijo en el comunicado el JPL

Al encontrar los planetas en múltiples imágenes separadas durante años de tiempo, las órbitas de los planetas pueden ser rastreados. Conocer las órbitas es fundamental para comprender el comportamiento de los múltiples sistemas de planetas que existen porque los planetas grandes pueden perturbar las órbitas de los demás.

"A partir de las imágenes del Hubble se puede determinar la forma de sus órbitas, lo que informa sobre la estabilidad del sistema, las masas del planeta y su inclinación", dijo Remi Soummer del Space Telescope Science Institute en Baltimore.

Soummer planea analizar cerca de otras 400 estrellas en el archivo con la misma técnica que consiste en mejorar la calidad de la imagen en un factor de 10, superior con la que fueron tomadas.

"Queríamos volver a analizar las estrellas jóvenes y cercanas que se tenían, ya que estos son los principales objetivos para que se identifiquen como exoplanetas. Estrellas con la evidencia de polvo circum-también será un buen objetivo, ya que esto se vincula con la formación de planetas", dijo Laurent Pueyo, miembro de la NASA e investigadora de la beca Sagan.

De derecha a izquierda: Imagen de la estrella HR 8799 tomada en 1998, en el centro la imagen procesada para restar el brillo del sol del sistema en el que se detectaron los tres primeros planetas, izq. ilustración actualizada del sistema planetario HR 8799

Slowing down stars

One of the long standing challenges in stellar astronomy, is explaining why stars rotate so slowly. Given their large masses, as they collapsed to form, they should spin up to the point of flying apart, preventing them from ever reaching the point that they could ignite fusion. To explain this rotational braking, astronomers have invoked an interaction between the forming star’s magnetic field, and forming accretion disc. This interaction would slow the star allowing for further collapse to take place. This explanation is now over 40 years old, but how has it held up as it has aged?

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One of the greatest challenges to testing this theory is for it to make predictions that are directly testable. Until very recently, astronomers were unable to directly observe circumstellar discs around newly formed stars. In order to get around this, astronomers have used statistical surveys, looking for the presence of these discs indirectly. Since dust discs will be warmed by the forming star, systems with these discs will have extra emission in the infrared portion of the spectra. According to the magnetic braking theory, young stars with discs should rotate more slowly than those without. This prediction was confirmed in 1993 by a team of astronomers led by Suzan Edwards at the University of Massachusetts, Amherst. Numerous other studies confirmed these general findings but added a further layer to the picture; stars are slowed by their discs to a period of ~8 days, but as the discs dissipate, the stars continue to collapse, spinning up to a period of 1-2 days.

Another interesting finding from these studies is that the effects seem to be most pronounced for stars of higher mass. When similar studies were conducted on young stars in the Orion and Eagle nebulae, researchers found that there was no sharp distinction between stars with or without disks for low mass stars. Findings such as these have caused astronomers to begin questioning how universal the magnetic disc braking is.

One of the other pieces of information with which astronomers could work was the realization around 1970 that there was a sharp divide in rotational speeds between high mass stars and lower mass ones at around the F spectral class. This phenomenon had been anticipated nearly a decade earlier when Evry Schatzman proposed that the stellar wind would interact with the star’s own magnetic field to create drag. Since these later spectral class stars tended to have more active magnetic fields, the braking effect would be more important for these stars.

Thus astronomers now had two effects which could serve to slow rotation rates of stars. Given the firm theoretical and observational evidence for each, they were both likely “right”, so the question became which was dominant in which circumstance. This question is one with which astronomers are still struggling. 

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To help answer the question, astronomers will need to gather a better understanding of how much each effect is at work in individual stars instead of simply large population surveys, but doing so is tricky. The main method employed to examine disc locking is to examine whether the inner edge of the disc is similar to the radius at which an object in a Keplarian orbit would have a similar angular velocity to the star. If so, it would imply that the star is fully locked with the disc’s inner edge. However, measuring these two values is easier said than done. To compare the values, astronomers must construct thousands of potential star/disc models against which to compare the observations.

In one recent paper astronomers used this technique on IC 348, a young open cluster. Their analysis showed that ~70% of stars were magnetically locked with the disc. However, the remaining 30% were suspected to have inner disc radii beyond the reach of the magnetic field and thus, unavailable for disc braking. However, these results are somewhat ambiguous. While the strong number of stars tied to their discs does support the disc braking as an important component of the rotational evolution of the stars, it does not distinguish whether it is presently a dominant feature. As previously stated, many of the stars could be in the process of evaporating the discs, allowing the star to again spin-up. It is also not clear if the 30% of stars without evidence of disc locking were locked in the past.

Research like this is only one piece to a larger puzzle. Although the details of it aren’t fully fleshed out, it is readily apparent that these magnetic braking effects, both with discs and stellar winds, play a significant effect on slowing the angular speed of stars. This runs completely contrary to the frequent Creationist claimthat “[t]here is no know [sic] mechanical process which could accomplinsh [sic] this transfer of momentum”.