17 de diciembre de 2008

Agua en el Universo temprano

Imagen: Milde Sc. Com./HST/CFHT, J.-C. Cuillandre, Coelum

Un grupo de investigadores liderados por el estudiante graduado Violette Impellizzeri del Instituto Max Planck de Radioastronomía han usado el Radiotelescopio Effelsberg de 100 metros para detectar agua a una distancia muy lejana de la Tierra. El vapor de agua fue descubierto en el cuasar denominado MG J0414+0534 que tiene un corrimiento al rojo de 2,64, lo que correspondería a un viaje en el tiempo de 11.100 millones de años, cuando el Universo tenía sólo la quinta parte de su edad actual. El vapor de agua se cree que existe en nubes de polvo y gas que alimentan al agujero negro supermasivo que reside en el centro de este cuasar distante. La detección fue más tarde confirmada por las observaciones interferométricas de alta resolución del conjunto muy grande expandido de antenas VLA, cerca de Socorro, en Muevo México. Los resultados de este trabajo aparecen en la edición del 18 de diciembre de 2008 de la revista Nature.

El descubrimiento de agua en el Universo temprano fue posible debido a la alineación de una galaxia de primer plano y el cuasar distante MG J0414+0534. La galaxia de primer plano actuó como un telescopio cósmico, aumentando y distorsionando la luz proveniente del cuasar, y formando así cuatro imágenes distintas de dicho cuasar. Sin esta lente gravitacional, habrían sido necesarios 580 días de observaciones continuas realizadas con el telescopio de 100 metros en lugar de las 14 horas usadas para realizar este notable descubrimiento. "Otros han tratado de encontrar agua y han fallado, y ahora nosotros hemos visto una señal muy débil" señala Violette Impellizzeri, "lo hicimos usando una galaxia de primer plano que actuó como una lupa cósmica para observar a una distancia tan lejana y tuvimos que ser persistentes para poder ver la línea de emisión del agua".

La detección de agua proveniente de MG J0414+0534 con el radiotelescopio Effelsberg ocurrió también gracias a un toque de suerte. El objeto está dentro de un cierto intervalo de corrimiento al rojo que permite estirar la molécula de agua de su frecuencia original de 22 GHz a los 6 GHZ y el receptor instalado en el telescopio sintoniza dentro de este rango de 6 Ghz.

"Es interesante que nosotros encontramos agua en el primer objeto aumentado gravitacionalmente que observamos en el Universo distante", señala John McKean, coautor del trabajo. "Esto sugiere que el agua podría ser mucho más abundante en el Universo temprano de lo que se pensaba y puede ser usada para una búsqueda futura en agujeros negros supermasivos y de la evolución de galaxias a un alto corrimiento al rojo".

La emisión de agua fue vista en la forma de un máser, que es radiación de luz en un haz coherente similar a un láser, pero en microondas. La señal corresponde a una luminosidad de 10.000 veces la del Sol. Tales máseres astrofísicos son conocidos por originarse en regiones densas y calientes de polvo y gas. Con la detección de agua proveniente de MG J0414+0534, por primera vez se vio una nube de gas tan densa en el Universo temprano, y demuestra que las condiciones para que esta molécula de agua se forme y sobreviva ya existían 2.500 millones de años después del Big Bang.

Los máseres de agua han sido encontrados en galaxias a distancias cercanas. Típicamente, se piensa que surgen en el polvo y el gas caliente que orbitan próximos a los agujeros negros supermasivos del núcleo de las galaxias. Esta emisión de radio amplificada es más frecuentemente observada cuando el disco en órbita es visto de canto. Sin embargo, los astrónomos dicen que MG J0414+0534 está orientado con el disco de lleno hacia nosotros, en la Tierra. "Esto podría indicar que las moléculas de agua en los máseres que estamos viendo no están en el disco, sino en los chorros súper rápidos de material que son eyectados por el poder gravitacional del agujero negro" explica John McKean.

Para el futuro, la detección de agua en las galaxias distantes podría ser un desafío debido a las limitaciones de sensibilidad de los telescopios actuales. De las galaxias cercanas dentro de los mil millones de años luz de la Tierra, sólo un centenar de ellas podría tener emisión de vapor de agua detectable, y la mayoría de ellas está relativamente próxima. "En el año 2003, participé también en la detección de emisión de agua en un megamáser en la galaxia 3C 403", dice Christian Henkel, coautor del estudio. En aquel tiempo, se trataba de la detección más distante de agua en una galaxia. Más tarde, este récord fue roto al encontrar otra galaxia con emisión de agua con un corrimiento al rojo de 0,99 (un viaje en el tiempo de 6 mil millones de años). "Ahora, MG J0414+0534 con un corrimiento al rojo de 2,64, es la galaxia más lejana en la que se ha demostrado la presencia de emisión de vapor de agua" refiere Henkel.

"Debido a que los máseres de agua se encuentran próximos a los núcleos de galaxias, nuestros resultados abren nuevas e interesantes posibilidades para el estudio de los agujeros negros supermasivos al tiempo en que se formaron las galaxias", concluye Violette Impellizzeri. "Esto podría generar investigaciones futuras sobre agua en otras galaxias distantes con los telescopios disponibles ahora y con la próxima generación de radiotelescopios. Ahora sabemos que el agua está por ahí".

El equipo de científicos está compuesto por Violette Impellizzeri como autora líder, John McKean y Alan Roy, todos del grupo de investigación de interferometría Very Long Baseline del MPIfR, y Paola Castangia, del Observatorio de Cagliari, en Italia. Otros miembros son Christian Henkel y Andreas Brunthaler del Grupo de Espectroscopia de MPIfR, y Olaf Wucknitz del Instituto Argelander de Astronomía de la Universidad de Bonn. Violetta realizó este trabajo como parte del proyecto para su tesis doctoral y ahora hará un postdoctorado en el Observatorio Nacional de Radioastronomía, en Charlottesville, Estados Unidos.

Este trabajo se publica bajo el título "A gravitationally lensed water maser in the early Universe", por Violette Impellizzeri, John P. McKean, Paola Castangia, Alan L. Roy, Christian Henkel, Andreas Brunthaler y Olaf Wucknitz, en la edición del 18 de diciembre de 2008, de la revista Nature.

(saa) (mg)

Más información en:
http://www.nrao.edu/