Un equipo internacional de científicos, incluyendo astrónomos de Penn State, ha utilizado datos del experimento Hobby-Eberly Dark Energy Experiment (HETDEX) para construir el mapa tridimensional más grande y preciso hasta la fecha de la luz emitida por hidrógeno excitado en el universo temprano, correspondiente a un período entre 9 y 11 mil millones de años atrás. Esta forma específica de luz, designada Lyman alfa, se emite en grandes cantidades cuando los átomos de hidrógeno son expuestos a la energía de una estrella.
«La radiación Lyman alfa es una característica importante de las galaxias en este período de la historia del universo, una era de vigorosa formación estelar», afirmó Robin Ciardullo, profesor de astronomía y astrofísica en la Penn State Eberly College of Science, miembro del equipo de investigación y gerente de observaciones de HETDEX. «Antes de este estudio, la ubicación de galaxias más débiles y gas, que también emiten radiación Lyman alfa, había permanecido en gran medida desconocida.»
Utilizando una técnica llamada Line Intensity Mapping (Mapeo de Intensidad de Línea), el nuevo mapa hace visibles estos objetos, añadiendo forma y matices a esta etapa formativa del universo. Los resultados fueron publicados hoy, 3 de marzo, en The Astrophysical Journal.
«Observar el universo temprano nos da una idea de cómo las galaxias evolucionaron a su forma actual y qué papel jugó el gas intergaláctico en este proceso», explicó Maja Lujan Niemeyer, científica de HETDEX y reciente graduada del Max Planck Institute for Astrophysics en Múnich, Alemania, quien lideró el desarrollo del mapa. «Pero debido a que están muy lejos, muchos objetos de esta época son débiles y difíciles de observar.»
Toda la luz puede separarse en sus diferentes longitudes de onda, de forma similar a como un prisma puede separar la luz blanca visible en los colores del arcoíris. El catálogo resultante de varias longitudes de onda se llama espectro. Los astrónomos examinan los espectros en busca de picos y valles que correspondan a la presencia de diferentes elementos. Line Intensity Mapping traza la distribución y concentración de elementos específicos en toda una región, en lugar de observar objetos uno por uno.
«Imaginen que están en un avión mirando hacia abajo. La forma ‘tradicional’ de realizar estudios de galaxias es como mapear solo las ciudades más brillantes: aprendes dónde están los grandes centros de población, pero te pierdes a todos los que viven en los suburbios y pueblos pequeños», dijo Julian Muñoz, científico de HETDEX, profesor asistente en la Universidad de Texas en Austin y coautor del artículo. «El mapeo de intensidad es como ver la misma escena a través de una ventana de avión empañada: obtienes una imagen más borrosa, pero capturas toda la luz y no solo los puntos más brillantes.»
Aunque Line Intensity Mapping no es una técnica nueva, esta es la primera vez que se utiliza para cartografiar las emisiones Lyman alfa en un conjunto de datos tan grande y con tanta precisión. Utilizando el Telescopio Hobby-Eberly en el Observatorio McDonald en Texas, HETDEX está cartografiando las posiciones de más de un millón de galaxias brillantes en su búsqueda por comprender la energía oscura. El proyecto es único en la recopilación de tantos datos – más de 600 millones de espectros – para una extensión tan grande del cielo, midiendo un área equivalente a más de 2,000 lunas llenas.
«Sin embargo, solo utilizamos una pequeña fracción de todos los datos que recopilamos, alrededor del 5%», señaló Karl Gebhardt, investigador principal de HETDEX, presidente del departamento de astronomía de la UT Austin y coautor del artículo. «Existe un gran potencial en el uso de los datos restantes para investigaciones adicionales.»
El equipo aprovechó estos datos adicionales para construir su mapa de radiación Lyman alfa en el universo temprano.
«HETDEX observa todo en un parche del cielo, pero solo una pequeña cantidad de esos datos está relacionada con las galaxias que son lo suficientemente brillantes para que el proyecto las utilice», dijo Lujan Niemeyer. «Pero esas galaxias son solo la punta del iceberg. Hay un mar entero de luz en los parches aparentemente vacíos entre ellas.»
