Con la colaboración de expertos de la Universidad de Texas en Austin, la Universidad A & M de Texas y los Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica, en Estados Unidos, los astrónomos de la Universidad de California, en Riverside, Estados Unidos, Bahram Mobasher y Naveen Reddy identificaron una galaxia muy distante utilizando imágenes ópticas e infrarrojas profundas tomadas por el telescopio espacial Hubble. Las observaciones de seguimiento con el Telescopio Keck en Hawai confirmaron su distancia.
En su búsqueda de galaxias distantes, el equipo seleccionó varias candidatas, en función de sus colores, de las cerca de 100.000 galaxias identificadas en las imágenes del Telescopio Espacial Hubble tomadas como parte de la encuesta CANDELS, el mayor proyecto realizado por ese telescopio, con un tiempo total asignado de alrededor de 900 horas. Sin embargo, usar colores para clasificar las galaxias es difícil porque algunos objetos cercanos pueden enmascararse como galaxias distantes.
Para medir la distancia a las galaxias de una manera definitiva, emplearon espectroscopia, es decir, la cantidad de la longitud de onda de la luz de una galaxia que se ha desplazado hacia el rojo final del espectro a medida que viaja de la galaxia a la Tierra, debido a la expansión del universo, un fenómeno denominado "corrimiento al rojo". Puesto que la velocidad de expansión y las distancias de las galaxias son proporcionales, el corrimiento al rojo da a los astrónomos una medida de la distancia a las galaxias.
"Lo que hace de esta galaxia única, en comparación con otros descubrimientos de este tipo, es la confirmación espectroscópica de la distancia", destacó Mobasher, profesor de Física y Astronomía Observacional. Este astrónomo explicó que debido a que la luz viaja a alrededor de 186.000 millas por segundo, cuando nos fijamos en los objetos distantes, los vemos como eran en el pasado. Cuanto más distante llevamos estas observaciones, se puede ver más lejos en el pasado.
"Al observar una galaxia tan atrás en el tiempo, podemos estudiar la primera formación de las galaxias", apuntó. "Al comparar las propiedades de las galaxias a distintas distancias, es posible explorar la evolución de las galaxias a lo largo de la edad del universo", agregó Mobasher.
El descubrimiento fue posible gracias a un nuevo instrumento, MOSFIRE, en el Telescopio Keck, una herramienta extremadamente sensible que está diseñada para detectar la luz infrarroja, una región del espectro a donde se desplaza la longitud de onda de la luz emitida de las galaxias distantes, y podría apuntar a varios objetos a la vez. Esta última característica fue la que permitió a los investigadores observar 43 galaxias candidatas en sólo dos noches con Keck y obtener observaciones de mayor calidad que los análisis anteriores.
Mediante la realización de la espectroscopia de estos objetos, los investigadores son capaces de calcular con precisión las distancias de las galaxias mediante la medición de una característica del hidrógeno llamado la transición alfa de Lyman. Se detecta en la mayoría de las galaxias que se ven en un momento de más de mil millones de años tras el Big Bang, pero cuanto antes la sondean los astrónomos, la línea de emisión del hidrógeno, por alguna razón, se vuelve cada vez más difícil de ver.
De las 43 galaxias observadas con MOSFIRE, el equipo de investigación detectó esta característica alfa de Lyman en una sola galaxia, z8-GND-5296, con un corrimiento al rojo de 7,5. Los investigadores sospechan que pueden haber dirigido su atención a la época en que el universo hizo su transición de un estado opaco en el que la mayor parte del hidrógeno era neutral a un estado transparente en el que la mayor parte del hidrógeno estaba ionizado (llamada la era de la reionización).
"La dificultad de detectar la línea de emisión del hidrógeno no significa que las galaxias están ausentes --señaló Reddy, profesor asistente de Astronomía--. Podría ser que se ocultan de la detección detrás de una pared de hidrógeno neutro". Las observaciones mostraron que z8-GND-5296 está formando estrellas muy rápidamente, con una producción anual de aproximadamente 300 veces la masa de nuestro sol, mientras que la Vía Láctea forma sólo dos o tres estrellas por año.
La nueva distancia plusmarquista se encuentra en la misma parte del cielo que la poseedora del récord anterior (un corrimiento al rojo de 7,2 ), que también pasa a tener una tasa muy alta de formación estelar. "Estamos aprendiendo algo sobre el Universo distante --dijo Steven Finkelstein, de la Universidad de Texas en Austin, que dirigió el proyecto--. Hay más regiones de alta formación de estrellas de lo que pensábamos.
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