Revelan primeras imágenes captadas en frecuencias más altas de ALMA.

Chorros de vapor de una estrella recién formada.

Ilustración destacando las capacidades de observación de ALMA en alta frecuencia. Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Tras realizar observaciones en las frecuencias más altas del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de científicos reveló la existencia de chorros de vapor de agua caliente saliendo de una estrella recién formada. Los investigadores también detectaron las “huellas dactilares” de una extraordinaria variedad de moléculas cerca de esta incubadora de estrellas.

El telescopio ALMA, ubicado en Chile, ha transformado la forma en que vemos el Universo, mostrándonos partes del Cosmos invisibles para los demás telescopios. Este conjunto de antenas increíblemente precisas observa un rango de frecuencias relativamente alto de las emisiones de radio, con longitudes que van de unos pocos décimos de milímetros a varios milímetros. Hace poco ALMA amplió sus horizontes y alcanzó su frecuencia más alta a la fecha (es decir, la longitud de onda más corta), que permite observar una parte del espectro electromagnético situada entre la luz infrarroja y las ondas de radio.

“Las radioobservaciones en alta frecuencia como estas normalmente son imposibles desde la Tierra”, explica Brett McGuire, quien se desempeña como químico en el Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, en Charlottesville (Virginia), y es el autor principal de un artículo que se publicará en la revista The Astrophysical Journal. “Son observaciones que requieren la extrema sensibilidad y precisión de ALMA, además del aire más seco y estable que se pueda encontrar en la Tierra”.

Bajo condiciones atmosféricas ideales, la noche del 5 de abril de 2018, los astrónomos apuntaron la visión de más alta frecuencia de ALMA hacia una curiosa región de la nebulosa Pata de Gato (también conocida como NGC 6334), un complejo incubador de estrellas situado a unos 4.300 años luz de la Tierra, en dirección de la constelación austral de Escorpio.

Foto de uno de los cartuchos de Banda 10, que le da la posibilidad a
ALMA de observar en altas frecuencias.
 Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO).

Chorros de vapor en protoestrella.

Uno de los primeros resultados obtenidos por ALMA en la Banda 10 también corresponde a una de las observaciones más difíciles: la observación directa de los chorros de vapor de agua emitidos por una de las protoestrellas masivas de la región. ALMA detectó la luz submilimétrica emitida naturalmente por agua pesada (moléculas de agua formadas por átomos de oxígeno, hidrógeno y deuterio; este último es un átomo de hidrógeno con un protón y un neutrón en el núcleo).

“Normalmente sería imposible detectar esta señal desde la Tierra”, afirma Crystal Brogan, astrónoma del NRAO y coautora del artículo. “La atmósfera de la Tierra, incluso en los lugares más áridos, contiene suficiente vapor de agua como para obstruir completamente este tipo de señal de cualquier fuente cósmica. Pero en el altiplano del desierto de Atacama, en los días más favorables ALMA puede detectar esa señal. Es algo que ningún otro telescopio de la Tierra puede hacer”.

Cuando las estrellas empiezan a formarse a partir de nubes de polvo y gas masivas, el material que las rodea fluye hacia la masa central. Sin embargo, parte del material es eyectado de la creciente protoestrella a través de dos chorros hechos de gas y moléculas como la de agua.

El agua pesada que los investigadores observaron está emanando ya sea de una protoestrella o de un pequeño cúmulo de protoestrellas. Estos chorros tienen una orientación diferente de otros objetos que parecen ser chorros mucho más grandes y posiblemente más maduros, provenientes de la misma región. Los astrónomos creen que los chorros de agua pesada observados por ALMA son fenómenos relativamente recientes que están apenas empezando a desplazarse hacia la nebulosa circundante.

Las observaciones también revelaron que, en las regiones donde esta agua se estrella contra el gas circundante, se producen máseres de agua (versiones naturales de los láseres en microondas) de baja frecuencia. Los máseres fueron detectados en observaciones complementarias realizadas por el Very Large Array de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU.

Imagen compuesta tomada en alta frecuencia por ALMA de
NGC 6334I, una región de formación estelar en la Nebulosa de
la Pata de Gato. En azul se muestra agua pesada (HDO) fluyendo hacia afuera
desde el mar una única protoestrella o desde un cúmulo de estas. En naranjo
se muestra la emisión en continuo de la misma región, en que las nuevas
ariedades de moléculas, incluyendo glucoaldehido, la molécula más simple
relacionada al azúcar.
Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO): NRAO / AUI / NSF, B. Saxton.

El agua pesada que los investigadores observaron está emanando ya sea de una protoestrella o de un pequeño cúmulo de protoestrellas. Estos chorros tienen una orientación diferente de otros objetos que parecen ser chorros mucho más grandes y posiblemente más maduros, provenientes de la misma región. Los astrónomos creen que los chorros de agua pesada observados por ALMA son fenómenos relativamente recientes que están apenas empezando a desplazarse hacia la nebulosa circundante.

Las observaciones también revelaron que, en las regiones donde esta agua se estrella contra el gas circundante, se producen máseres de agua (versiones naturales de los láseres en microondas) de baja frecuencia. Los máseres fueron detectados en observaciones complementarias realizadas por el Very Large Array de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU.

ALMA observa gran variedad de moléculas.

Además de generar impresionantes imágenes de astros, ALMA también tiene una extraordinaria capacidad para estudiar la química del cosmos. Mientras giran y vibran en el espacio, las moléculas emiten luz en determinadas longitudes de onda, que se ven como puntas y valles en un espectro. Todos los receptores de ALMA son capaces de detectar estas huellas espectrales únicas, pero las frecuencias más altas aportan datos sobre los químicos más livianos e importantes, como el agua pesada. Asimismo, son capaces de captar las señales emitidas por moléculas complejas y tibias que emiten líneas espectrales más débiles en frecuencias más bajas.

Gracias a la Banda 10, los investigadores pudieron observar un espectro de la región excepcionalmente rico en huellas moleculares, como el glicolaldehído, la molécula de azúcar más simple de todas.

En comparación con las mejores observaciones de esta misma fuente realizadas a la fecha, en este caso por el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea, las observaciones de ALMA detectaron más de diez veces más líneas espectrales.

Imagen del agua pesada (HDO) fluyendo hacia afuera de NGC 6334I en la
Nebulosa de la Pata de Gato. Esta imagen es el resultado de las capacidades
de ALMA de observar en altas frecuencias, empujando los límites de lo posible
en observatorios basados en Tierra.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NRAO/AUI/NSF, B. Saxton.

“Detectamos un gran abanico de moléculas orgánicas complejas alrededor de esta incubadora masiva”, celebra McGuire. “Estos resultados fueron recibidos con entusiasmo por la comunidad astronómica y demuestran una vez más cómo ALMA está cambiando nuestra forma de ver el Universo”.

ALMA es capaz de aprovechar estas raras oportunidades cuando las condiciones atmosféricas son ideales gracias a un calendario dinámico. En otras palabras, los operadores del telescopio y los astrónomos hacen un seguimiento cuidadoso de la meteorología y programan las observaciones más idóneas en función de las condiciones previstas.

“Sin duda se tienen que cumplir numerosas condiciones para poder realizar una observación exitosa en la Banda 10”, concluye Brogan. “Pero estos nuevos resultados de ALMA demuestran la importancia de estas observaciones”.

“Para mantenerse en la frontera de los descubrimientos, las observaciones deben innovar continuamente para impulsar las posibilidades de la astronomía” dijo Joe Pesce, director de programa de NRAO en la NSF. “Ese es el elemento central de NRAO de la NSF y su telescopio ALMA. Este descubrimiento corre el límite de lo que es posible de hacer con telescopios instalados en la Tierra.”

Información adicional.

Los resultados de esta investigación se describen en un artículo titulado “First results of an ALMA band 10 spectral line survey of NGC 6334I: Detections of glycolaldehyde (HC(O)CH2OH) and a new compact bipolar outflow in HDO and CS” (‘Primeros resultados de una observación de línea espectral de NGC 6334I en la Banda 10 con ALMA: detecciones de glicolhaldehído [HC(O)CH2OH] y un nuevo chorro bipolar compacto en HDO y CS’), de B. McGuire et al., publicado en The Astrophysical Journal, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aad7bb

La parte superior de este gráfico muestra las líneas espectrales detectadas por
ALMA en una región de formación estelar en la Nebulosa de la Pata de Gato.
La porción inferior, en negro, muestra las líneas espectrales detectadas por el
telescopio espacial Herschel de la ESA. Las observaciones de ALMA detectaron
más de diez veces más líneas espectrales. Para efectos de poder compararlas
mejor, las líneas espectrales de Hershel fueron invertidas. Dos líneas
moleculares fueron etiquetadas para referencia.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. McGuire et al.

CONTACTOS.

Nicolás Lira

Coordinador de Comunicaciones y Educación

Observatorio ALMA, Santiago, Chile

Teléfono fijo: +56 2 2467 6519

Teléfono móvil: +56 9 9445 7726

Correo electrónico: nicolas.lira@alma.cl

Masaaki Hiramatsu

Encargado de Educación y Extensión, NAOJ Chile

Observatorio de Tokio, Japón

Teléfono fijo: +81 422 34 3630

Correo electrónico: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Charles E. Blue

Encargado de Comunicaciones

Observatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville VA - EE.UU.

Teléfono fijo: +1 434 296 0314

Teléfono móvil: +1 202 236 6324

Correo electrónico: cblue@nrao.edu

Calum Turner

Asistente de Oficial de Información Pública de ESO

Garching, Munich, Alemania

Teléfono fijo: +49 89 3200 6670

Correo electrónico: calum.turner@eso.org

• Publicado el 17 de agosto del 2.018, enlace publicación.