Los astrónomos han utilizado el radiotelescopio MeerKAT para detectar gas hidrógeno a miles de millones de años luz de nosotros, de un período en el que el cosmos era miles de millones de años más joven que su edad actual de 13.800 millones de años.
La investigación puede proporcionar a los astrónomos una nueva forma de cartografiar la estructura a gran escala del universo. La técnica se basaría en trazar dónde se encuentra el hidrógeno, el elemento más ligero y abundante del universo, en todo el cosmos. Se conoce como mapeo de intensidad de hidrógeno.
El hidrógeno neutro emite una débil señal de radio que los astrónomos llaman línea de 21 centímetros. A medida que el cosmos se expande bajo la influencia de la energía oscura, la longitud de onda de esta señal de radio se estira o se “desplaza al rojo”. El extremo del corrimiento al rojo permite a los astrónomos determinar cuánto tiempo ha estado viajando una señal particular hacia nosotros y, por lo tanto, en qué período del universo existió el hidrógeno que la emitió.
Utilizando la línea de 21 centímetros, el mapeo de la intensidad del hidrógeno permite a los astrónomos rastrear las emisiones de radio de galaxias hasta ahora invisibles y construir una imagen en 3D de las estructuras más grandes del universo. Sin embargo, hasta este momento, esta técnica se ha basado en combinar la detección de ondas de radio con observaciones de estudios galácticos que operan con luz visible o radiación electromagnética para ver nuestros ojos.
Esta nueva investigación desafía esa tendencia, construyendo un mapa de intensidad de hidrógeno utilizando ondas de radio detectadas por el radiotelescopio MeerKAT, compuesto por 64 antenas en el Parque Nacional Meerkat en el Cabo Norte de Sudáfrica.
“Este es un hito muy emocionante”, dijo el líder del equipo, Sourabh Paul, en un comunicado. “El mapeo de la intensidad del hidrógeno se ha considerado durante mucho tiempo como una forma prometedora de mapear el universo de manera eficiente, pero la señal es extremadamente débil y difícil de aislar de la emisión en primer plano, la interferencia de radiofrecuencia provocada por el hombre y los efectos instrumentales.
“Detectarlo directamente con MeerKAT muestra que esta técnica se está convirtiendo en una herramienta práctica para la cosmología”.
Mapeo con MeerKAT
El equipo detrás de esta investigación analizó alrededor de 96 horas de observaciones de MeerKAT y encontró señales de hidrógeno que se remontan a entre 4 y 5 mil millones de años. Este hidrógeno abarca distancias de muchos millones de años luz, similar a la distancia entre la Vía Láctea y nuestra galaxia vecina, Andrómeda.
El logro representa un paso adelante en la utilidad del mapeo de hidrógeno.
“El hidrógeno neutro es uno de los ingredientes clave para comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias”, dijo en el comunicado el miembro del equipo Zhaoting Chen de la Universidad de Edimburgo. “Con el mapeo de intensidad, no necesitamos detectar cada galaxia individual. En cambio, podemos medir la señal colectiva del hidrógeno a través de grandes volúmenes cósmicos, lo que nos brinda una nueva forma de estudiar tanto la evolución de las galaxias como la distribución de la materia subyacente del universo”.
Los futuros estudios cosmológicos podrían beneficiarse enormemente del avance del mapeo del hidrógeno. Este será un factor importante cuando se instale el Square Kilometer Array Observatory (SKAO), actualmente en construcción en la región de Murchison en Australia Occidental y la región de Karoo en Sudáfrica.
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“MeerKAT continúa abriendo nuevas ventanas a la cosmología”, dijo en el comunicado Laura Wolz, miembro del equipo de la Universidad de Manchester en el Reino Unido. “El hecho de que esta señal pueda extraerse de observaciones que no fueron diseñadas originalmente para mapear la intensidad del hidrógeno es muy alentador. Muestra el enorme valor científico de los datos de MeerKAT y señala el camino para futuras observaciones con SKAO”.
El equipo ahora se centrará en recopilar más observaciones con MeerKAT que cubran áreas más grandes del cielo durante períodos de tiempo más largos. Esto debería proporcionar a los astrónomos mapas de hidrógeno aún más detallados que, con el tiempo, podrían ayudar a comprender cómo tomaron forma las estructuras más grandes del cosmos a lo largo de miles de millones de años.
“Este fue un proceso de análisis de datos desafiante, que requirió una comprensión detallada de las muchas fuentes de contaminación que pueden afectar una medición tan débil”, dijo en el comunicado el miembro del equipo Mario G. Santos de la Universidad de Western Cape, Australia. “Es particularmente notable que los datos utilizados en este estudio se tomaron en 2018, cuando MeerKAT apenas había comenzado sus operaciones científicas.
“Ahora hay un rico tesoro de datos de MeerKAT esperando ser explorados con este método”.
La investigación del equipo fue publicada en la edición de julio de The Astrophysical Journal Letters.