Crédito de imagen: ESO
Aunque el Universo actualmente es de color beige en general, solía ser más azul, según los astrónomos del Observatorio Europeo Austral. Los astrónomos calcularon la distancia y el color de 300 galaxias que se encontraban dentro del estudio Hubble Deep Sky, que examinó a fondo una región del cielo en la constelación sur de Tuscanae.
Un equipo internacional de astrónomos [1] ha determinado el color del Universo cuando era muy joven. Si bien el Universo ahora es de color beige, era mucho más azul en el pasado distante, en un momento en que solo tenía 2.500 millones de años.
Este es el resultado de un análisis exhaustivo y exhaustivo de más de 300 galaxias vistas dentro de una pequeña área del cielo meridional, el llamado Hubble Deep Field South. El objetivo principal de este estudio avanzado fue comprender cómo se ensambló el contenido estelar del Universo y cómo ha cambiado con el tiempo.
El astrónomo holandés Marijn Franx, miembro del equipo del Observatorio de Leiden (Países Bajos), explica: “El color azul del Universo temprano es causado por la luz predominantemente azul de estrellas jóvenes en las galaxias. El color más rojo de la revista Space es causado por el número relativamente mayor de estrellas más viejas y rojas ".
El líder del equipo, Gregory Rudnick, del Instituto Max-Planck de Astrofísica (Garching, Alemania) agrega: “Dado que la cantidad total de luz en el Universo en el pasado era casi la misma que hoy y una joven estrella azul emite mucho más luz que una vieja estrella roja, debe haber significativamente menos estrellas en el Universo joven de lo que hay ahora. Nuestros nuevos hallazgos implican que la mayoría de las estrellas en el Universo se formaron relativamente tarde, no mucho antes de que naciera nuestro Sol, en un momento en que el Universo tenía alrededor de 7,000 millones de años ".
Estos nuevos resultados se basan en datos únicos recolectados durante más de 100 horas de observaciones con el instrumento multimodo ISAAC en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, como parte de un importante proyecto de investigación, la Encuesta extragaláctica infrarroja débil (FIRES). Las distancias a las galaxias se estimaron a partir de su brillo en diferentes bandas ópticas de longitud de onda del infrarrojo cercano.
Observando el Universo temprano
Ahora se sabe que el Sol se formó hace unos 4.500 millones de años. Pero, ¿cuándo se formaron la mayoría de las otras estrellas en nuestro hogar Galaxy? ¿Y qué hay de las estrellas en otras galaxias? Estas son algunas de las preguntas clave en la astronomía actual, pero solo pueden responderse mediante observaciones con los telescopios más grandes del mundo.
Una forma de abordar estos problemas es observar directamente al Universo muy joven, mirando hacia atrás en el tiempo. Para esto, los astrónomos aprovechan el hecho de que la luz emitida por galaxias muy distantes viaja mucho tiempo antes de llegar a nosotros. Por lo tanto, cuando los astrónomos miran objetos tan remotos, los ven tal como aparecieron hace mucho tiempo.
Sin embargo, esas galaxias remotas son extremadamente débiles y, por lo tanto, estas observaciones son técnicamente difíciles. Otra complicación es que, debido a la expansión del Universo, la luz de esas galaxias se desplaza hacia longitudes de onda más largas [2], fuera del rango de longitud de onda óptica y hacia la región infrarroja.
Para estudiar esas primeras galaxias con cierto detalle, los astrónomos deben usar los telescopios terrestres más grandes, recolectando su tenue luz durante exposiciones muy largas. Además, deben usar detectores sensibles al infrarrojo.
Telescopios como ojos gigantes
El "Hubble Deep Field South (HDF-S)" es una porción muy pequeña del cielo en la constelación meridional Tucanae ("el Tucán"). Fue seleccionado para estudios muy detallados con el telescopio espacial Hubble (HST) y otros telescopios potentes. Las imágenes ópticas de este campo obtenidas por el HST representan un tiempo de exposición total de 140 horas. Muchos telescopios terrestres también han obtenido imágenes y espectros de objetos en esta área del cielo, en particular los telescopios ESO en Chile.
Se observó un área del cielo de 2.5 x 2.5 arcmin2 en la dirección de HDF-S en el contexto de un estudio exhaustivo (el Estudio Extragaláctico Infrarrojo Débil; FIRES, ver ESO PR 23/02). Es ligeramente más grande que el campo cubierto por la cámara WFPC2 en el HST, pero aún es 100 veces más pequeño que el área bajo la luna llena.
Siempre que este campo era visible desde el Observatorio Paranal de ESO y las condiciones atmosféricas eran óptimas, los astrónomos de ESO apuntaron el telescopio VLT ANTU de 8,2 m en esta dirección, tomando imágenes de infrarrojo cercano con el instrumento multimodo ISAAC. En total, el campo se observó durante más de 100 horas y las imágenes resultantes (ver ESO PR 23/02), son las vistas terrestres más profundas en las bandas J y H del infrarrojo cercano. La imagen de la banda K es la más profunda jamás obtenida de cualquier campo de cielo en esta banda espectral, ya sea desde el suelo o desde el espacio.
Estos datos únicos proporcionan una vista excepcional y ahora han permitido estudios sin precedentes de la población de galaxias en el Universo joven. De hecho, debido a las condiciones de visión excepcionales en Paranal, los datos obtenidos con el VLT tienen una excelente nitidez de imagen (una "visión" de 0,48 segundos de arco) y se pueden combinar con los datos ópticos HST casi sin pérdida de calidad.
Un color más azul
Los astrónomos pudieron detectar inequívocamente alrededor de 300 galaxias en estas imágenes. Para cada uno de ellos, midieron la distancia determinando el desplazamiento al rojo [2]. Esto se realizó mediante un método recientemente mejorado que se basa en la comparación del brillo de cada objeto en todas las bandas espectrales individuales con el de un conjunto de galaxias cercanas.
De esta manera, se encontraron galaxias en el campo con desplazamientos al rojo tan altos como z = 3.2, correspondientes a distancias de alrededor de 11,500 millones de años luz. En otras palabras, los astrónomos estaban viendo la luz de estas galaxias tan remotas como cuando el Universo tenía solo unos 2.200 millones de años.
Luego, los astrónomos determinaron la cantidad de luz emitida por cada galaxia de tal manera que los efectos del desplazamiento al rojo fueron "eliminados". Es decir, midieron la cantidad de luz a diferentes longitudes de onda (colores) como lo habría registrado un observador cerca de esa galaxia. Esto, por supuesto, solo se refiere a la luz de las estrellas que no están muy oscurecidas por el polvo.
Resumiendo la luz emitida en diferentes longitudes de onda por todas las galaxias en una época cósmica dada, los astrónomos también podrían determinar el color promedio del Universo (el "color cósmico") en esa época. Además, pudieron medir cómo ha cambiado ese color, a medida que el Universo se hizo más viejo.
Concluyen que el color cósmico se vuelve más rojo con el tiempo. En particular, era mucho más azul en el pasado; ahora, a la edad de casi 14,000 millones de años, el Universo tiene una especie de color beige.
¿Cuándo se formaron las estrellas?
El cambio del color cósmico con el tiempo puede ser interesante en sí mismo, pero también es una herramienta esencial para determinar qué tan rápido se ensamblaron las estrellas en el Universo.
De hecho, si bien la formación de estrellas en galaxias individuales puede tener historias complicadas, a veces acelerándose en verdaderas "explosiones de estrellas", las nuevas observaciones, ahora basadas en muchas galaxias, muestran que la "historia promedio" de formación de estrellas en el Universo es Mucho más simple. Esto es evidente por el cambio observado y suave del color cósmico a medida que el Universo se hizo más viejo.
Usando el color cósmico, los astrónomos también pudieron determinar cómo la edad media de las estrellas relativamente despejadas en el Universo cambió con el tiempo. Dado que el Universo era mucho más azul en el pasado de lo que es ahora, concluyeron que el Universo no está produciendo tantas estrellas azules (de gran masa, de corta duración) como antes, mientras que al mismo tiempo, el rojo (de baja masa) , de larga vida) estrellas de generaciones anteriores de formación estelar todavía están presentes. Las estrellas masivas azules mueren más rápidamente que las estrellas rojas de baja masa y, por lo tanto, a medida que aumenta la edad de un grupo de estrellas, las estrellas azules de corta vida mueren y el color promedio del grupo se vuelve más rojo. Lo mismo hizo el Universo en su conjunto.
Este comportamiento tiene cierta semejanza con la tendencia al envejecimiento en los países occidentales modernos, donde nacen menos bebés que en el pasado y las personas viven más tiempo que en el pasado, con el efecto total de que la edad media de la población está aumentando.
Los astrónomos determinaron cuántas estrellas ya se habían formado cuando el Universo tenía solo unos 3.000 millones de años. Las estrellas jóvenes (de color azul) emiten más luz que las estrellas más viejas (más rojas). Sin embargo, dado que había tanta luz en el Universo joven como la que existe hoy, aunque las galaxias ahora son mucho más rojas, esto implica que había menos estrellas en el Universo temprano que hoy. El presente estudio indica que había diez veces menos estrellas en ese momento tan temprano que ahora.
Finalmente, los astrónomos descubrieron que aproximadamente la mitad de las estrellas en las galaxias observadas se formaron después del tiempo en que el Universo tenía aproximadamente la mitad de edad (7,000 millones de años después del Big Bang) que en la actualidad (14,000 millones de años).
Aunque este resultado se derivó de un estudio de un campo de cielo muy pequeño y, por lo tanto, puede no ser completamente representativo del Universo en su conjunto, el resultado actual se ha demostrado que se mantiene en otros campos de cielo.
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
