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04:27h. Sábado, 23 de Junio de 2018

ASTRÓNOMA CHILENA REALIZÓ IMPORTANTE DESCUBRIMIENTO RESPECTO A CÓMO SE FORMAN ESTRELLAS EN GALAXIAS ENANAS E IRREGULARES

Contar con un instrumento como el ALMA, otorga ventajas insuperables a nuestro país para el estudio del universo

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El equipo de científicos, encabezados por la astrónoma chilena, Dra. Mónica Rubio, logró revelar la incógnita de que es posible que en galaxias enanas e irregulares puedan formarse cúmulos estelares, aún cuando son extremadamente deficientes de los elementos necesarios presentes en galaxias de mayor tamaño. La respuesta pareciera encontrarse en densas cápsulas de material cósmico esparcidas en la galaxia, que originan procesos de formación estelar que hasta ahora no habían sido detectados

Wolf-Lundmark-Mellot (WLM) es una galaxia enana relativamente aislada que se encuentra ubicada en los confines del  llamado Grupo Local, un conjunto de galaxias compuesto por la Vía Láctea, las Nubes de Magallanes, Andrómeda, M33 y docenas de galaxias más pequeñas. Se caracteriza por su baja "metalicidad", es decir, por la escasa cantidad de elementos químicos distintos del hidrógeno y helio que posee, lo cual constituye el cóctel de ingredientes esencial para procesos de formación de estrellas. Al estudiar esta galaxia con ALMA, los astrónomos pudieron localizar por primera vez zonas compactas que poseen características afines con los fecundos ambientes que suelen estar presentes en las galaxias más grandes de tipo espiral. Estas nubes, que están inmersas en una densa capa de material interestelar, podrían ayudar a entender por qué se forman estos cúmulos estelares en las tenues inmediaciones de una galaxia miles de veces más pequeña y difusa que nuestra Vía Láctea.

De todos los aspectos y detalles sobre este descubrimiento, conversamos con la Doctora Mónica Rubio (en la foto).

Doctora Rubio ¿Cómo llegó a determinarse que la galaxia Wolf-Lundmark-Mellot (WLM) es una incubadora de estrellas?

Determinar que WLM es una incubadora de estrellas fue un trabajo de varios años de investigación que partió con observaciones que hicimos con un telescopio que se llama Apex, que es un prototipo igual a uno de los modelos de antena que tienen en el observatorio ALMA. Por primera vez pudimos detectar en esta galaxia WLM, una señal de la molécula de monóxido de carbono. Este descubrimiento, que salió publicado en la revista Nature el año 2013, nos permite estudiar las regiones donde se forman estrellas. El monóxido de carbono es la molécula que usamos en radioastronomía, un área de la astronomía, para estudiar el proceso de formación estelar y, lo detectamos en esta galaxia que tiene la particularidad de tener muy poco carbón y muy poco oxígeno, solamente un 13% comparado con lo que hay en nuestra galaxia. Es decir, por cada 100 átomos de carbón y oxígeno existentes en la Vía Láctea, en WLM hay sólo 13. Por lo tanto, formar la molécula de monóxido de carbono no es fácil cuando los ingredientes no son los suficientes. Nosotros, no obstante, pudimos detectar esta señal del monóxido de carbono en esta galaxia. Sabíamos que existían regiones donde se formaban estrellas y con ALMA pudimos, usando sólo 12 de las 16 antenas disponibles para este estudio, encontrar estas regiones que son muy pequeñas, unas 25 veces menor que las equivalentes de nuestra galaxia, en las cuales se puede dar el proceso de formación de estrellas. Por eso las hemos bautizado como zonas incubadoras de estrellas, debido también a lo reducido de su tamaño.

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¿Cuánto tiempo duró esta investigación?

La investigación que dio cuenta de los datos de ALMA, duró más de 3 años desde el momento en que planteamos la propuesta de observación el año 2012 y la enviamos al comité que la evaluó, solicitando usar ALMA como instrumento para realizar la investigación. El comité aprobó la solicitud que mandamos y las observaciones se realizaron en el año 2013 y parte del 2014. Los datos de las observaciones, nos los entregaron entre julio y septiembre de 2014. Y comenzamos imediatamente a analizar los datos, lo que nos llevó mucho trabajo para poder extraer las señales tan débiles que estaban ahí presentes. Terminamos todo el análisis, redactamos el artículo y lo enviamos en abril de 2015 a la revista Nature, la que, a principios de junio nos informó que lo derivó a los evaluadores (dos)  y ambos fueron muy positivos en sus comentarios, señalando que debían publicarse estos resultados, solicitando hacer ciertas precisiones en el texto, lo cual hicimos y enviamos el nuevo texto a fines de junio al editor de la revista. Luego, en julio, Nature nos informó que el descubrimiento y el artículo estaba aceptado y entramos a un período de prohibición de hablar sobre el descubrimiento hasta que Nature lo publicara. Esto ocurrió en la edición del 10 de septiembre de 2015. El día 9 de septiembre a las 14:00 horas de Londres, nos levantaron el embargo que había sobre el descubrimiento para que ahora sí lo pudiéramos dar a conocer y esto comenzó a difundirse desde las 14:00 horas de Chile de ese mismo día.

¿A qué se debió ese embargo en relación al descubrimiento sobre la investigación que estaban haciendo?

Nature es una revista que para los científicos es como ganar medalla de oro en una olimpíada. Son muchos los artículos que se envían y muy pocos los que son aceptados por la revista. La tasa de rechazo es de un 95%. Nature, solamente acepta aquello que consideran una contribución muy importante y no solamente en astronomía sino que en todas las disciplinas científicas. La primera valla que hay que sortear es que el editor considere que el trabajo que uno está enviando, el resultado de la investigación y el descubrimiento, ameriten que la revista lo publique. Lo segundo es pasar por las evaluaciones y finalmente, la revista, una vez que acepta el trabajo, no lo publica inmediatamente, porque requiere de tiempo para preparar la publicación físicamente, pues ellos imprimen un ejemplar en papel, y eso se demora un tiempo y durante ese período, mientras el resultado ya está listo y aprobado hasta el momento en que sale la publicación impresa, los autores quedan con prohibición de hablar sobre el descubrimiento y solamente lo pueden dar a conocer de una vez, junto con la impresión y cuando la revista sale publicada. Nosotros estuvimos 2 meses en esa situación, que es el tiempo que se demoró la preparación en papel de la revista.

¿Por qué este hallazgo se considera la revelación de un verdadero misterio para la astronomía?

La importancia que tiene este hallazgo se relaciona con que para estudiar cómo se forman las estrellas y las regiones donde éstas nacen, es indispensable poder detectar la señal de monóxido de carbono. Esa señal depende de la existencia de monóxido de carbono, que tiene que estar compuesto por un átomo de carbón y uno de oxígeno y ambos, en la galaxia WLM son muy deficientes. Cuando el universo recién se forma, no hay carbón ni oxígeno, éstos se forman después que la primera generación de estrellas nace y muere. A partir de ahí, el universo empieza a tener carbón y oxígeno. El hecho de que hallamos encontrado las regiones donde se forman las estrellas, en un sistema que tiene solamente un 13% de ambos elementos, implica que el proceso de formación estelar y las regiones donde se van a formar estrellas con una cantidad escasa de monóxido de carbono, puede ocurrir también cuando este gas es tan reducido como lo fue en los inicios del universo. Esto permite entender como se originan las estrellas en los primeros momentos del universo cuando lo primero que se forman son galaxias irregulares y enanas que son las más abundantes en los inicios del cosmos.

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¿Qué tipo de galaxia es WLM?

La galaxia WLM se considera enana porque es muchísimo más pequeña que las galaxias espirales como en la que nosotros vivimos. Tiene alrededor de 100 mil estrellas menos que la nuestra, tiene mucho menos cantidad de masa y es una galaxia que tiene una forma irregular. No tiene una forma espiral ni una forma elíptica como son las galaxias más grandes.

¿Cuál es su distancia a la Tierra aproximadamente?

La galaxia WLM está a 3 millones de años luz. Las señales que obtuvimos de monóxido de carbono en ALMA el año 2013, venían viajando desde hace 3 millones de años.

¿Cuál es su edad aproximada o relativa comparándola con la de la Vía Láctea?

La edad de esta galaxia es parecida a la de la nuestra, porque se encuentra en lo que llamamos la "vecindad galáctica". Esto quiere decir galaxias que se formaron casi en forma simultánea astronómicamente hablando. No es fácil determinar las edades en el Universo. La edad de nuestra galaxia es 13,2 mil millones de años y la de WLM de 13 mil millones de años, según recientes estudios.

¿Cuál era la creencia generalizada que tenía la astronomía respecto al nacimiento de nuevas estrellas hasta antes de dar con esta nueva forma de alumbramiento estelar?

Era una incógnita, porque nosotros sabíamos cómo eran las regiones donde nacían estrellas en nuestra galaxia y también sabíamos cómo era la existencia de esas regiones en sistemas que tenían menos monóxido de carbono. Estas regiones están formadas principalmente por otra molécula, que es de hidrógeno, donde se combinan dos átomos de hidrógeno para formar una molécula, pero que en las zonas densas y frías, como son las regiones donde nacen las estrellas, tal elemento es invisible, pues no genera ningún tipo de emisión y si no emite ningún tipo de señal, no lo podemos detectar con ningún instrumento desde la Tierra. Por lo tanto, cuando estudiamos el universo, vemos que en las galaxias hay estrellas y éstas se tienen que haber formado en zonas donde existe hidrógeno molecular, pero aún no entendemos cómo ocurre el proceso de formación de estrellas en zonas donde sólo hay hidrógeno molecular.

Descríbanos el método de detección empleado para realizar este descubrimiento.

El mérito que mi equipo tiene es haber detectado monóxido de carbono en una galaxia como WLM el año 2012, que tiene la menor cantidad de ingredientes de carbón y oxígeno donde haya podido ser detectado el monóxido de carbono hasta ahora. Al haber tan poco carbón y oxígeno, no es evidente que se pueda formar el monóxido de carbono y si éste no se puede formar, no hay señal para poderlo detectar. Éste fue nuestro descubrimiento que publicamos en la revista Nature en marzo del 2013. Y con este resultado pudimos apuntar a la zona de donde provenía la señal con el poderoso radiotelescopio ALMA y realizar este nuevo descubrimiento.

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¿De qué disciplinas, de qué nacionalidades y de cuántas personas aproximadamente, se compone el equipo internacional de investigadores que participaron de este hallazgo?

Somos seis investigadores en el equipo de ALMA y completamos siete con el equipo que formamos para usar el telescopio Apex. Están el Dr. Bruce Elmegreen, que trabaja en la IBM, en el Watson Research Center en Nueva York, donde él es un especialista en lo que se refiere a formación estelar y en hacer simulaciones y modelamiento de los procesos utilizando al máximo los computadores de esta empresa, la Dra. Deidre Hunter, quien está en el Lowell Observatory en Arizona y es experta en galaxias enanas. Después tenemos al investigador inglés, Dr. Elias Brinks, de la Universidad de Hetfordshire en Inglaterra, él es especialista en todo el gas hidrógeno neutro que contienen las galaxias, en este caso, las enanas irregulares, el Dr. Juan Cortés, que es un astrónomo chileno, doctorado en la Universidad de Chile y que fue alumno nuestro, quien ahora trabaja en ALMA. Él es especialista en el manejo de datos recolectados desde ALMA y al cual integramos al equipo, ya que fue muy difícil extraer la emisión que estábamos detectando a partir de los datos proporcionados por ALMA, y el estudiante de doctorado, ahora ya recibido, el Dr. Phil Cigan, del New Mexico Institute of Mining and Technology, quien hizo observaciones con el satélite Herschel, cuyo aporte fue determinar que estas cápsulas, que detectamos en WLM, contienen un envoltorio grande de gas de Carbono y, por lo tanto, pueden estar sometidas a presiones que permiten la formación de monóxido de carbono y lograr las condiciones apropiadas para iniciar el proceso de formación estelar. Se suma a este equipo en el descubrimiento del monóxido de carbono, la Dra. Celia Verdugo, chilena, anteriormente estudiante mía en el Máster en Astronomía de la Universidad de Chile y también el Dr. Andreas Schruba, del California Institute of Technology en Pasadena, California, Estados Unidos, quien además trabaja en Alemania y también aportó con conocimientos del hidrógeno. También fue fundamental para este trabajo el apoyo de Andrea Rojas, máster en Astronomía, que ahora realiza su Doctorado en Astronomía en Francia y trabajó 6 meses conmigo como ayudante de investigación antes de viajar.

Según entiendo, estos estudios no se pueden realizar con telescopios ópticos convencionales. Explíquenos un poco detalles acerca de la tecnología del radiotelescopio utilizado para captar las señales de monóxido de carbono rastreadas.

Todos los estudios de los procesos de formación estelar ocurren en regiones que no emiten luz, ya que estas regiones son frías, densas y oscuras. Sólo podemos estudiar con telescopios ópticos aquellos objetos atronómicos que irradian luz o calor. Por lo tanto, en este caso, teníamos que buscar otras maneras de realizar las observaciones. Lo que se descubrió en los años '70 fue que estas regiones donde se tendrían que formar las estrellas, debían estar constituídas por emisiones del gas en estado de moléculas más que de gas atómico neutro y se hicieron las investigaciones para entender de qué manera se podían detectar estas moléculas. Ahí nace la Radioastronomía Milimétrica, porque las moléculas cuando emiten señales, lo hacen en ondas de radio cuya longitud, que es la distancia entre dos máximos de la onda de radio, es de unos pocos milímetros. A partir de estos procedimientos, vino todo un desarrollo tecnológico en los años '70, en que se construyen detectores para poder captar estas señales, que son las ondas milimétricas. Cuando se construyen los primeros receptores de radio de ondas milimétricas, inicialmente éstos, se adosaban a un telescopio óptico, y fue así como se pudo localizar por primera vez el monóxido de carbón en nuestra galaxia. Es cuando nace entonces la Radioastronomía Milimétrica y todo el estudio de formación de estrellas en zonas que no emiten luz. En ese sentido ALMA es el instrumento más poderoso que hay en el mundo hoy, que principalmente, enfoca su estudio en el monóxido de carbón y también otras moléculas.

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¿Qué importancia tiene este descubrimiento para la astronomía contemporánea?

La importancia que tiene es justamente encontrar dos cosas: la primera, establecer la existencia de estas incubadoras en galaxias muy pequeñas y que tienen muy pocos ingredientes en carbón y oxígeno y, por lo tanto, donde no es fácil formar monóxido de carbono para que éste emita señales y podamos estudiar estas regiones. La segunda, las propiedades que dedujimos de las imágenes que obtuvimos con el ALMA nos permitieron establecer que estas cápsulas están inmersas en un gas mucho más tenue que está formado de hidrógeno en estado molecular y que no emite señal, pero que tiene que estar ahí, porque la presión que hemos deducido y la densidad de la incubadora de monóxido de carbono en WLM, corresponde a una cápsula que está embebida en un gas que, aunque más tenue, se encuentra en gran cantidad. Nosotros hacemos el paralelo o analogía con un buzo que se sumerge en el mar. Cuando está a poca profundidad siente muy poca presión del agua y continúa buceando sin problemas, pero a medida que sigue descendiendo empieza a sentir mucho mayor presión de todo el volumen de agua que hay en torno a él. Para que hablar de los vehículos que estudian las profundidades de los océanos, los que tienen que ser muy resistentes a las grandes presiones de toda el agua que hay a su alrededor. Por lo tanto, al identificar estas cápsulas de monóxido de carbono con esa presión, ésta sólo puede venir de gas que las está comprimiendo y ese gas tiene que ser molecular que no produce emisiones y que, por lo tanto, no lo podemos detectar, pero que tiene la cantidad de masa y alcanza las densidades y presiones que se requieren para procesos de formación de estrellas como lo hemos estudiado en galaxias como la nuestra.

¿Cuáles son las condiciones necesarias en cuanto a densidad, tamaño y presión, que deben darse para que se lleve a cabo el proceso de formación de estrellas?

Encontramos que estas regiones tienen densidades diez mil veces la del agua (H2O), el tamaño de las cápsulas de monóxido de carbono es muy pequeño, unas 25 veces menor al de sus equivalentes en nuestra galaxia y tienen una cantidad de masa, la cual, si se transformara totalmente en estrellas, con ella podríamos formar mil estrellas como el Sol. En cambio, en las galaxias como la nuestra o en el resto de las galaxias espirales, éstas podrían formar, eventualmente, un millón de estrellas como el Sol, o sea mil veces más estrellas que WLM, pero la tasa de eficiencia del proceso para formar estrellas es muy baja, solamente de un 3%. Por lo tanto, de cada 100 masas solares, podemos formar sólo tres estrellas como el Sol.

¿Cuál es la siguiente etapa dentro de esta misma investigación?

La siguiente etapa es intentar detectar el monóxido de carbono en galaxias que tengan aún menos ingredientes, ya que en WLM, tenemos un 13% y queremos encontrar monóxido de carbono en galaxias que tengan un 10% o incluso, un 5%, lo cual es muy difícil pero hay que intentarlo. De hecho eso nos pasó cuando quisimos convencer a los comités para que nos dieran tiempo de telescopio, para empezar el estudio de WLM, porque sostenían que era muy arriesgado y se requería mucho tiempo de telescopio. La siguiente etapa consistirá en poder hacer un análisis mucho más refinado y con mayor detalle de estas mismas cápsulas moleculares en WLM, ya que ALMA actualmente, opera con más antenas, 32 de ellas, lo que lo hace más eficiente y sensible, y que también se puede usar en una configuración más extendida de las antenas, consiguiendo mayor resolución angular, lo que significa que otorgará más nitidez en las observaciones. Por lo tanto, esperamos poder estudiar estas cápsulas con una configuración de 32 ó 44 antenas, en vez de las 12 con las que trabajamos preliminarmente, que nos permitan mayor sensibilidad y resolución angular en futuras investigaciones.

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¿Qué ventajas posee para la labor de los astrónomos chilenos y extranjeros, la instalación y funcionamiento del Observatorio ALMA para futuras investigaciones?

Estamos todos felices de contar con un instrumento tan poderoso y único. Yo diría, sin dudarlo, que es el radiotelescopio más potente y avanzado, que hoy día tiene la comunidad científica y astronómica mundial para hacer investigaciones del universo frío, que es donde el ALMA está haciendo contribuciones espectaculares. Todos los nuevos resultados de las investigaciones que están comenzando a aparecer, ya que ALMA empezó solamente hace tres años a tomar datos científicos, van a revolucionar el conocimiento del universo en esta área. En particular en Chile, el hecho que tengamos una batería de los mejores y más poderosos instrumentos, no solamente para estudiar el universo frío como es el ALMA y otros radiotelescopios, sino que, los telescopios ópticos, como el VLT (Very Large Telescope) y los futuros que van a ser instalados -  LSST (Large Synoptic Survey Telescope), GMT (Giant Magellan Telescope y E-ELT (European-Extremely Large Telescope) - , nos dan ventajas incomparables para hacer estudios del universo en todas sus dimensiones, es decir, del universo caliente, el universo frío, las primeras etapas del universo, las primeras etapas de la formación de estrellas, y, junto a la formación de las estrellas, de los planetas, y, eventualmente, buscar elementos que indiquen la existencia de organismos vivos en esos planetas. DCC

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