Descubren la galaxia más luminosa del universo

Se ha descubierto una galaxia remota que brilla con la luz de más de 300 billones (millones de millones) de soles. El hallazgo ha sido posible gracias a los datos proporcionados por el satélite astronómico WISE de la NASA. Se trata de la más luminosa encontrada hasta la fecha y pertenece a una nueva clase de objetos cósmicos hallados recientemente por la WISE, las llamadas galaxias infrarrojas extremadamente luminosas, o ELIRGs, por sus siglas en inglés.

A juzgar por las características analizadas por el equipo de Chao-Wei Tsai, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, en Pasadena, California, Estados Unidos, la brillante galaxia, conocida como WISE J224607.57-052635.0, podría albergar un agujero negro gigante, el cual estaría absorbiendo cantidades colosales de gas. Los agujeros negros supermasivos atraen gas y materia de tal modo que crean a su alrededor un remolino de materia, con forma de disco, que se calienta hasta temperaturas muy elevadas, del orden de millones de grados centígrados. Esta materia tan caliente lanza al exterior radiación de alta energía, típicamente luz visible, rayos ultravioleta y rayos X. La luz es bloqueada por el manto de polvo que envuelve al agujero y a su disco. Ello hace que el polvo se caliente, con el resultado de que este irradia luz infrarroja.

Esta ilustración artística muestra la actual plusmarquista para la galaxia más luminosa en el universo. (Imagen: NASA/JPL-Caltech)

Los agujeros negros de gran masa son habituales en los núcleos de las galaxias, pero encontrar uno así de grande tan “atrás en el tiempo” en el cosmos es raro. Debido a que, por estar a 12.500 millones de años-luz de distancia de la Tierra, la luz de la galaxia que alberga el agujero negro ha viajado durante 12.500 millones de años desde que fue emitida hasta que ha llegado a nosotros, los astrónomos están viendo el objeto tal y como era en esa época tan lejana del pasado. El agujero negro ya poseía miles de millones de veces la masa de nuestro Sol cuando nuestro universo tenía solo una décima parte de su edad actual de 13.800 millones de años.

La terrible belleza de Medusa

Utilizando el Very Large Telescope de ESO, en Chile, un equipo de astrónomos ha captado la imagen más detallada jamás tomada de la nebulosa Medusa. Las estrellas que se encuentran en el corazón de esta nebulosa ya iniciaron su transición hacia la jubilación, arrojando sus capas externas al espacio y formando esta colorida nube. La imagen augura el destino final del Sol, el cual, finalmente, también se convertirá en un objeto de este tipo.

El nombre de esta hermosa nebulosa planetaria proviene de una horrible criatura de la mitología griega: la gorgona Medusa. También es conocida como Sharpless 2-274 y se encuentra en la constelación de Géminis (los gemelos). La extensión de la Nebulosa Medusa es de, aproximadamente, cuatro años luz, y se encuentra a una distancia de unos 1.500 años luz. A pesar de su tamaño es extremadamente débil y difícil de observar.

Medusa era una criatura horrible con serpientes en lugar de cabellos. Estas serpientes estarían representadas por los filamentos serpentinos de gas brillante de esta nebulosa. El resplandor rojizo del hidrógeno y la emisión verde, más débil, del oxígeno en forma de gas, se extienden mucho más allá de esta imagen, formando en el cielo una figura en forma de media luna. La eyección de masa de las estrellas en esta etapa de su evolución suele ser intermitente, lo cual puede dar lugar a estas fascinantes estructuras dentro de las nebulosas planetarias.

Durante decenas de miles de años, los núcleos estelares de las nebulosas planetarias permanecen rodeados por nubes de gas espectacularmente coloridas. Luego, tras unos pocos miles de años, el gas se dispersa lentamente en su entorno. Esta es la última etapa de la transformación de estrellas como nuestro Sol antes de terminar su vida activa como enanas blancas. La etapa de nebulosa planetaria en la vida de una estrella es una pequeña fracción de su vida útil total — comparada con una vida humana, sería un breve instante, equiparable al tiempo que tarda un niño en hacer una burbuja de jabón y verla alejarse a la deriva.

 La hostil radiación ultravioleta de la estrella muy caliente que se encuentra en el centro de la nebulosa, hace que los átomos del gas que se mueve hacia las zonas exteriores, pierdan sus electrones, dejando tras de sí un gas ionizado. Los colores característicos de este gas brillante pueden utilizarse para identificar objetos. En particular, la presencia de la luz verde procedente del oxígeno doblemente ionizado ([O III]) se utiliza como herramienta para detectar nebulosas planetarias. Mediante la aplicación de filtros adecuados, los astrónomos pueden aislar la radiación del gas brillante y hacer que las débiles nebulosas puedan discernirse mejor contra un fondo más oscuro.

El Very Large Telescope de ESO, en Chile, ha captado la imagen más detallada jamás tomada de la nebulosa Medusa (también conocida como Abell 21 y Sharpless 2-274). Las estrellas que se encuentran en el corazón de esta nebulosa ya iniciaron su transición hacia la jubilación, arrojando sus capas externas al espacio y formando esta colorida nube. La imagen augura el destino final del Sol, el cual, finalmente, también se convertirá en un objeto de este tipo. (Crédito: ESO)

Cuando se observó por primera vez la emisión verde del [O III]  de las nebulosas, los astrónomos creían haber descubierto un nuevo elemento, apodado nebulium. Más tarde, descubrieron que era simplemente una longitud de onda de radiación poco conocida procedente de la forma ionizada de un elemento conocido: el oxígeno.

La nebulosa también se conoce como Abell 21 (formalmente PN A66 21), ya que fue el astrónomo estadounidense George O. Abell quien descubrió este objeto en 1955. Durante algún tiempo, los científicos debatieron si la nube podría ser el remanente de una explosión de supernova. En la década de 1970, sin embargo, los investigadores fueron capaces de medir el movimiento y otras propiedades del material de la nube e identificarlo claramente como una nebulosa planetaria.

Esta imagen utiliza datos del instrumento FORS (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph), instalado en el VLT, que fueron tomados como parte del programa Joyas Cósmicas de ESO. (Fuente: ESO)

El lado oscuro de los cúmulos estelares

Los cúmulos globulares de estrellas son enormes bolas de miles de estrellas que orbitan alrededor de la mayoría de las galaxias. Están entre los sistemas estelares más viejos conocidos del universo y han sobrevivido a casi todo el proceso de crecimiento y evolución de la galaxia.

Matt Taylor, estudiante de doctorado de la Pontificia Universidad Católica de Chile (Santiago, Chile) y titular de una beca de ESO, es el autor principal del nuevo estudio. Él mismo nos presenta la escena: "Los cúmulos globulares y sus estrellas son claves para entender la formación y evolución de las galaxias. Durante décadas, los astrónomos han creído que las estrellas que componen un determinado cúmulo globular compartían la misma composición química y tenían la misma edad, pero ahora sabemos que son criaturas más extrañas y complicadas de lo que parecían".

La galaxia elíptica Centaurus A (también conocida como NGC 5128) es la galaxia gigante más cercana a la Vía Láctea y se sospecha que alberga unos 2.000 cúmulos globulares. Muchos de estos glóbulos son más brillantes y más masivos que los más o menos 150 que orbitan la Vía Láctea.

Matt Taylor y su equipo han hecho los estudios más detallados hasta ahora de una muestra de 125 cúmulos globulares de estrellas alrededor de Centaurus A usando el instrumento FLAMES, instalado en Very Large Telescope de ESO, en el Observatorio Paranal, al norte de Chile.

Usaron estas observaciones para deducir la masa de los cúmulos y comparar este resultado con el brillo de cada uno de los cúmulos.

Para la mayoría de los cúmulos del nuevo sondeo, los más brillantes tenían más masa, tal como se esperaba (si un cúmulo contiene más estrellas tiene mayor brillo total y más masa total). Pero algo extraño apareció en algunos de los cúmulos globulares: eran muchas veces más masivos de lo que parecían. Y aún más extraño: cuanto más masivos eran estos inusuales cúmulos, mayor era la fracción de material oscuro que contenían. Algo en estos cúmulos era oscuro y masivo y estaba oculto. Pero ¿de qué se trataba?

Esta inmensa galaxia elíptica, NGC 5128 (también conocida como Centaurus A), es la galaxia de su tipo más cercana a la Tierra, a una distancia de unos 12 millones de años luz. Observaciones llevadas a cabo con el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, instalado en Chile, han descubierto una nueva clase de cúmulos globulares de estrellas "oscuros" alrededor de esta galaxia. Estos están marcados en rojo. Los cúmulos globulares normales están marcados en azul y los cúmulos globulares que muestran propiedades similares a las galaxias enanas están en verde. Los cúmulos globulares oscuros se parecen mucho a otros cúmulos globulares que están alrededor de esta galaxia, pero contienen mucha más masa. (Foto: ESO/Digitized Sky Survey. Acknowledgement: Davide de Martin)

Había varias posibilidades. ¿Podrían los cúmulos oscuros contener agujeros negros, u otros restos estelares oscuros en sus núcleos? Esto podría explicar parte de la masa oculta, pero el equipo concluye que esto no explicaría toda la historia. ¿Qué pasa con la materia oscura? Se considera que los cúmulos globulares están prácticamente desprovistos de esta sustancia misteriosa pero, quizás, por alguna razón desconocida, algunos cúmulos han conservado aglomeraciones significativas de materia oscura en sus núcleos. Esto explicaría las observaciones, pero no encaja en la teoría convencional.

El coautor, Thomas Puzia, añade: "Nuestro descubrimiento de cúmulos estelares con masas inesperadamente altas para la cantidad de estrellas que contienen, sugiere que puede haber múltiples familias de cúmulos globulares, con diferentes historias de formación. Aparentemente, algunos cúmulos estelares tienen toda la pinta de ser cúmulos globulares del montón, pero, en este caso, las apariencias engañan, y es posible que haya gato encerrado".

Estos objetos siguen siendo un misterio. El equipo también participa en un estudio más amplio de otros cúmulos globulares en otras galaxias y hay algunas pistas intrigantes que indican que dichos cúmulos oscuros también se pueden encontrar en otros lugares.

Matt Taylor resume la situación: "¡Nos hemos tropezado con una clase nueva y misteriosa de cúmulo estelar! Esto demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre todos los aspectos relacionados con la formación de cúmulos globulares. Es un resultado importante y ahora tenemos que encontrar más ejemplos de cúmulos oscuros alrededor de otras galaxias". (Fuente: ESO)

Logran observar la reestructuración de trillonésimas de segundo de duración de la nube de electrones en una molécula

Un equipo del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) en Rusia, y sus colegas de Dinamarca, Japón y Suiza, han ideado un método para observar “en directo” la reestructuración de la nube de electrones en una molécula, un proceso ultraveloz que dura tan solo unas pocas decenas de attosegundos (trillonésimas de segundo).

Dos grupos de científicos, experimentadores liderados por el profesor Hans Jakob Wörner, del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) en Zúrich, Suiza, y teóricos de Dinamarca, Japón y Rusia, encabezados por Oleg Tolstikhin, del MIPT, han unido esfuerzos para estudiar esta fascinante faceta de la física en la escala de las trillonésimas de segundo.

Para hacer un seguimiento completo del fugaz proceso, los científicos orientaron primero una molécula con un pulso de láser. Después, un potente segundo pulso láser de baja frecuencia ionizó la molécula, lo que generó una radiación característica. Examinando los detalles espectrales de esta radiación, el equipo de Wörner pudo ver la reestructuración provocada en la nube de electrones de la molécula como consecuencia del fuerte campo del pulso ionizante. Este logro es un paso adelante notable en la espectroscopia del orden de los attosegundos.

 Con este método, los investigadores pudieron hacer un seguimiento de los cambios estructurales en las capas de electrones de moléculas de fluorometano (fluoruro de metilo) y bromuro de metilo. Estos procesos son incluso más rápidos que las reacciones químicas.

Un espectrómetro del tipo usado en las observaciones. (Foto: © ETH Zurich)

Descubren una galaxia más lejana y antigua que cualquier otra conocida

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una galaxia excepcionalmente luminosa a más de 13.000 millones de años-luz de distancia de la Tierra. Hasta donde se sabe, es la más lejana.

Dado que vemos cada objeto cósmico por la luz que nos llega de ellos ahora, y que esta ha viajado tantos años como años-luz de distancia nos separan de cada objeto, la galaxia más lejana es también la más antigua de entre las observadas. Su antigüedad corresponde a cuando el universo tenía tan solo alrededor del 5 por ciento de su edad actual. Después de transcurridos tan solo 670 millones de años tras la creación del universo, esta galaxia, EGS-zs8-1, ya estaba formada.

El hallazgo es obra del equipo internacional de Pascal Oesch, Ivelina Momcheva y Pieter van Dokkum, de la Universidad Yale en New Haven, Connecticut, Estados Unidos.

EGS-zs8-1 fue identificada originalmente con arreglo a sus colores particulares, delatores del largo viaje que ha hecho la luz que ahora nos llega, y que es captada en imágenes tomadas de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA. Las observaciones se complementaron con otras hechas desde el Observatorio W. M. Keck, situado en la cima del Mauna Kea, Hawái, Estados Unidos.

EGS-zs8-1 es uno de los objetos más brillantes y masivos del universo temprano.

La galaxia EGS-zs8-1 ha establecido un nuevo récord de distancia a la Tierra. (Imagen: NASA, ESA, P. Oesch, y I. Momcheva, así como los equipos 3D-HST y HUDF09/XDF)

Contempladas conjuntamente, las nuevas observaciones del Keck, el Hubble y el Spitzer plantean también nuevos enigmas. No solo confirman que, por improbable que parezca, ya existían galaxias masivas en la infancia del universo, sino que además muestran que tales galaxias tenían propiedades físicas muy diferentes de las que poseen las galaxias más recientes, de nuestra región del cosmos. Hay indicios de que las galaxias primitivas, como la descubierta, se originaron a partir de una formación rápida de estrellas masivas y jóvenes, que interactuaron con el gas primordial en esas galaxias.

Ver y pesar moléculas de una en una

Utilizando como punto de partida su creación del primer aparato mecánico capaz de medir la masa de moléculas individuales una a una, un equipo de científicos ha creado nanodispositivos que pueden asimismo revelar la forma de cada molécula individual. Dicha información es crucial cuando se intenta identificar moléculas complejas o ensamblajes de ellas.

Al estar hechas de muchas subunidades diferentes y más pequeñas, las grandes estructuras moleculares como por ejemplo los complejos de proteínas, se pueden ensamblar de muchas formas, sin que por la masa se pueda diferenciar entre ellas. En cambio, dado que tienen formas diferentes, realizan acciones  biológicas también diferentes. Esto resulta de especial importancia en el caso de las enzimas, que median en las reacciones químicas del cuerpo, y en el caso de las proteínas de las membranas, que controlan las interacciones de una célula con su entorno.

Con la forma elemental de su técnica innovadora, el equipo internacional de Michael Roukes, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Pasadena, Estados Unidos, puede medir la masa de una molécula individual. El dispositivo base típico, que solo tiene un tamaño de un par de millonésimas de metro o menos, consiste en una estructura vibradora llamada resonador NEMS (siglas del término inglés NanoElectroMechanical System, o sistema nanoelectromecánico). Cuando una partícula o molécula aterriza sobre el nanodetector, la masa añadida cambia la frecuencia a la que la estructura vibra. Los cambios inducidos en la frecuencia proporcionan información sobre la masa de la partícula. Pero también pueden ser usados para determinar la distribución espacial tridimensional de la masa: por ejemplo, la forma de la partícula, que es lo que ahora han logrado Roukes y sus colegas.

Sensor de masa basado en sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) multimodo; la ilustración principal muestra esquemáticamente una barra vibrando (1). Debajo se muestran “retratos” conceptuales de los primeros seis modos de vibración (1-6). Los colores indican una tensión de alta (rojo) a baja (azul). El recuadro muestra una micrografía electrónica coloreada de un resonador piezoeléctrico NEMS fabricado en el Instituto Kavli de Nanociencias del Caltech. (Imagen: M. Matheny, L.G. Villanueva, P. Hung, J. Li, M. Roukes / Caltech)

Al igual que la cuerda de una guitarra no vibra solo en una frecuencia, existe una gran cantidad de “tonos” diferentes que pueden ser generados de forma simultánea en el nanodetector, y eso permite captar muchos de ellos en tiempo real. Resulta que cuando la molécula presenta orientaciones distintas, sus armónicos son cambiados de manera diferente. Es posible entonces reconstruir una imagen de la forma de la molécula.

En la actualidad, las estructuras moleculares son descifradas mediante cristalografía de rayos-X, una técnica a menudo laboriosa que implica aislar, purificar y después cristalizar moléculas, para evaluar finalmente su forma con arreglo a los patrones de difracción producidos cuando los rayos X interactúan con los átomos que juntos forman los cristales. Sin embargo, muchas moléculas biológicas complejas son difíciles cuando no imposibles de cristalizar. E incluso cuando pueden serlo, la estructura molecular obtenida representa la molécula en el estado cristalino, que puede ser muy diferente de la estructura de la molécula en su forma biológicamente activa.