El caso del monóxido de carbono frío.

Hace cincuenta años, los astrónomos descubrieron monóxido de carbono en el espacio. Nos permitió ver las regiones oscuras del universo y nos ayudó a comprenderlo con mayor claridad.

Una visualización del gas de monóxido de carbono frío en la Galaxia Escultor. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Erik Rosolowsky

Hace medio siglo, utilizando un telescopio del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de 36 pies en Tuscon, Arizona, tres astrónomos, R. W. Wilson, K. B. Jefferts y A. A. Penzias hicieron el primer descubrimiento de monóxido de carbono (CO) en el espacio. Fue un pequeño resultado, solo la observación de una brillante señal de radio desde el interior de la Nebulosa de Orión. El documento que anuncia el descubrimiento tiene dos páginas. Pero a veces, un pequeño descubrimiento puede cambiar la forma en que vemos el universo.

Los astrónomos solo pueden ver átomos y moléculas en el espacio al estudiar su luz. La luz que absorben y la luz que emiten. Puede resultar difícil observar esta luz porque la mayor parte del gas del universo es frío y oscuro. El primer átomo que se vio en el espacio fue el hidrógeno, que emite una débil luz de radio con una longitud de onda de 21 centímetros. Esta luz podría verse porque el hidrógeno es, con mucho, el elemento más abundante en el universo. El monóxido de carbono es mucho más raro, pero la luz que emite es brillante y distinta. Y el gas CO tiende a encontrarse en nubes interestelares frías y densas. Su descubrimiento permitió a los astrónomos estudiar estas nubes de una manera nueva.

Imagen de ALMA del disco de escombros que rodea una estrella en la Asociación Scorpius-Centaurus conocida como HIP 73145. La región verde mapea el gas de monóxido de carbono que impregna el disco de escombros. El rojo es la luz de longitud de onda milimétrica emitida por el polvo que rodea a la estrella central. Se estima que la estrella HIP 73145 tiene aproximadamente el doble de la masa del Sol. El disco de este sistema se extiende mucho más allá de lo que sería la órbita de Neptuno en nuestro sistema solar, dibujada a escala. La ubicación de la estrella central también se destaca como referencia. Crédito: ALMA (NRAO / ESO / NAOJ); B. Saxton NRAO / AUI / NSF.

Una de las primeras sorpresas fue que las nubes de gas frío son muy comunes en la Vía Láctea. Antes de la observación por radio de CO, las nubes solo podían verse en luz visible, y solo donde bloqueaban o reflejaban la luz de estrellas brillantes cercanas. La mayoría eran invisibles para los telescopios ópticos. Con radiotelescopios, los astrónomos pudieron ver nubes de gas y polvo en toda nuestra galaxia. A medida que los radioastrónomos descubrieron más tipos de moléculas en el espacio, comenzaron a comprender la compleja química que se produce en estas nubes interestelares.

El gas de monóxido de carbono frío emite una señal de radio clara y distinta, por lo que puede usarse como una buena medida de la densidad y el movimiento de las nubes interestelares. Esto es particularmente útil en el estudio de las regiones de formación de planetas dentro de estas nubes. El Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA)  ha observado la luz del gas CO para identificar grupos dentro de los discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes. Los grupos indican dónde podrían estar formando nuevos planetas.

La galaxia espiral M51: izquierda, vista con el telescopio espacial Hubble; Derecha, imagen de radio que muestra la ubicación del gas monóxido de carbono. Crédito: HST / VLA / NRAO.

Uno de los desafíos de la astronomía óptica es que las regiones polvorientas pueden absorber y dispersar gran parte de la luz óptica emitida por las estrellas. Es similar a la forma en que la niebla puede ocultar la vista de las luces distantes de la ciudad. Esto es particularmente cierto en la región cercana al centro de nuestra galaxia, y dificulta a los astrónomos estudiar el lado lejano de la Vía Láctea. Pero la luz de radio emitida por el monóxido de carbono penetra muy bien a través de esta región. Debido a esto, los radioastrónomos han podido identificar nubes de gas en toda nuestra galaxia, incluso dentro de brazos espirales distantes. Esto permite a los astrónomos estudiar la estructura de la Vía Láctea y cómo se diferencia de otras galaxias espirales.

La molécula de CO se detectó porque el telescopio de 36 pies de NRAO era capaz de observar longitudes de onda de radio cortas de solo unos pocos milímetros. La radioastronomía de longitud de onda milimétrica sigue estando a la vanguardia de la tecnología de radio. A través de él, las regiones oscuras del universo se han convertido en brillantes faros de comprensión.

Referencia: Wilson, R. W., K. B. Jefferts y A. A. Penzias. "Monóxido de carbono en la nebulosa de Orión". The Astrophysical Journal 161 (1970): L43.

• Publicado en NRAO el 19 de agosto del 2020, enlace publicación.