Usando el avanzado arreglo de telescopios conocido como Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), y ayudados por el efecto de lente gravitacional producido por el Cúmulo Bala, un grupo internacional de astrofísicos de Chile, México, Inglaterra y Suecia liderado por la Dra. Verónica Motta, investigadora del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso, determinó el movimiento del gas en la galaxia a la que han dado el nombre de la “Gaviota Cósmica”, que se encuentra 76 mil millones de años luz de distancia, justo detrás del citado cúmulo.

Con tan solo unas cuantas horas de observación, los astrónomos detectaron tres imágenes de dicha galaxia producidas por la lente gravitacional, una de las cuales jamás había sido vista antes. Estos estudios permitirán a los científicos recrear el mapa de la evolución del Universo con un detalle inédito y conocer más acerca de la distribución de la materia oscura en el Universo temprano. Esta investigación subraya la relevancia de los telescopios milimétricos como ALMA en Chile y el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano en México para el estudio de las galaxias en las etapas tempranas de su evolución y que generalmente se encuentran fuertemente oscurecidas por el polvo dentro de las mismas.

Al grupo internacional liderado por la Dra. Verónica Motta pertenece el Dr. Omar López Cruz, investigador del la Coordinación de Astrofísica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). Los resultados han sido publicados en Astrophysical Journal Letters, una de las revistas científicas de más alto impacto.

Esta galaxia fue descubierta en 2008 por una colaboración internacional encabezada por Grant Wilson, de la Universidad de Massachusetts Amherst, de la cual formaban parte Itziar Aretxaga y David Hughes, entre otros investigadores del INAOE. La galaxia en cuestión ha sido observada con todos los telescopios terrestres y espaciales. Por su posición en el cielo solo se puede observar desde el hemisferio austral, por ello desde Chile se han usado los telescopios ASTE, APEX y ALMA, y desde Australia con el arreglo ATCA. Desde el espacio ha sido observada por los telescopio espaciales Hubble, Spitzer y Herschel. Sin embargo, ninguno de estos instrumentos había permitido a los científicos estudiar con tanto detalle a la “Gaviota Cósmica”.

La doctora Motta comentó que la galaxia tiene la mayor magnificación observada hasta el momento, permitiendo una caracterización detallada de la misma. “Es una galaxia de tipo disco, donde se puede apreciar claramente la curva de rotación ascendente. Por primera vez también se descubre una tercera imagen que ningún modelo lente había predicho, demostrando la complejidad que tiene el Cúmulo Bala, que es un choque de cúmulos de galaxias”.

La doctora Motta agregó que las estrellas externas de la galaxia se mueven más rápido conforme se alejan del centro de la misma, lo que podría estar relacionado con la existencia de materia oscura. “Hasta el momento sólo ha sido posible poner límites superiores a la materia bariónica, por lo tanto no podemos concluir aún si esta fuente está dominada o no por materia oscura. Esto será parte de un estudio futuro que será desarrollado con datos recientes adjudicados en ALMA Cyclo-6”, puntualizó.

A su vez, el doctor Omar López Cruz, del INAOE, explicó que el Cúmulo Bala es un gran amplificador debido a la gran cantidad de masa que concentra. “Esta es la galaxia más brillante de otras trece amplificadas por el mismo cúmulo, y es la única cuya distancia está bien determinada. Esto se debe a que tiene la particularidad de que está muy cerca de la zona de máxima amplificación, de una línea crítica en donde se producen imágenes múltiples del mismo objeto”.

El astrofísico del INAOE expresó que en las primeras observaciones de la galaxia no se logró resolver la imagen. “Con ATCA en Australia pudimos medir la distancia a través de la emisión de la molécula del monóxido de carbono (CO). Una línea molecular es un marcador muy preciso y específico. Detectamos dos transiciones de monóxido de carbono, lo publicamos y amarramos la distancia. Al mismo tiempo, los satélites Spitzer y Herschel sacaron más imágenes pero sin tanta resolución, y esto es porque la luz de las estrellas está tapada por el polvo dentro de la galaxia, lo que indica que está formando muchas estrellas que aún están cubiertas por las núcleos de gas y polvo frío de donde se forman”.

Para el doctor López Cruz la ventaja de ALMA es que con poco tiempo de observación los astrónomos obtuvieron una buena resolución y descubrieron una tercera imagen del mismo objeto. “La galaxia tiene un movimiento coherente, está rotando, y con esto podemos determinar la masa dinámica del objeto y cuántas estrellas y gas tiene. Eso es lo que estamos reportando. No es una galaxia de las grandes, es una que por su tamaño mediano se nos escaparía aún con el telescopio más potente sino estuviera amplificada por el cúmulo, sin él no la hubiéramos podido observar con el breve tiempo que fue empleado. Y ese es un problema con estos objetos tan oscurecidos que sólo los telescopios milimétricos pueden ver. Aquí radica la importancia de estos telescopios para descubrir las galaxias con fuerte formación estelar” señaló López-Cruz.

Para el investigador del INAOE, la combinación de ALMA y el cúmulo que por azar está perfectamente alineado con la zona de máxima amplificación de la galaxia es como sacarse la lotería. “Se trata de un telescopio natural. La gravedad te proporciona una lupa, amplifica el objeto pero además concentra la luz, lo hace más brillante de lo que es intrínsecamente. Esta es la gran importancia de estas observaciones. No resolvimos toda la curva de rotación de esta galaxia, pero esto nos puede hablar del contenido de materia oscura de estos objetos, en particular la Gaviota Cósmica nos informa del universo cuando solo tenía el 17% de su edad actual. El Cúmulo Bala es importante no sólo por presentar condiciones óptimas para el estudio de las galaxias con fuerte formación estelar, sino por su gran contenido material con el que se ha logrado acotar la forma en que interacciones la materia oscura”.

Finalmente, recalcó que utilizar estos “telescopios naturales” es una técnica buena. “Con esta observación mejoramos el modelo de la lente, del cúmulo de galaxias y de la distribución de su masa para poder decir cuánta es la amplificación. “Tenemos más tiempo con ALMA y lo que sigue ahora es medir la masa de este objeto fuera del radio donde concentra la mitad de la luz, y seguir hacia la parte externa. Para las galaxias cercanas se piensa que la materia oscura está fuera del disco, esto necesariamente debió haber sido el caso en las etapas de formación de las galaxias”.

El equipo de internacional que ha reportado estás estos primeros resultados está integrado por Verónica Motta, Eduardo Ibar, Thomas M. Hughes, Diah Gunawan y Juan Magaña de la Universidad de Valparaíso, Chile; Tomás Verdugo de la UNAM Sede Ensenada; Mark Birkinshaw de University of Bristol, Reino Unido; Cathy Horellou y John H. Black de Chalmers University of Technology de Suecia y Omar López-Cruz de INAOE, México.

Crédito de la imagen: Thomas Hughes