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Astrofísicas UNAB participan en el hallazgo del proto-supercúmulo de galaxias más lejano jamás observado
Con datos obtenidos desde Cerro Tololo, en Chile, el proyecto internacional ODIN reconstruyó en tres dimensiones los antepasados de los mayores cúmulos de galaxias del universo. Celeste Artale, Lucia Guaita y Julie Nantais, del Instituto de Astrofísica de la Universidad Andrés Bello, forman parte de la colaboración.
Cuando el universo tenía apenas 2.100 millones de años, una estructura gigantesca comenzaba a tomar forma. Hoy, un equipo internacional de astrónomos y astrónomas logró verla en tres dimensiones: se trata de COSMOS-z3.1-A, el proto-supercúmulo de galaxias más antiguo y lejano descubierto hasta ahora. En este hallazgo participaron tres investigadoras del Instituto de Astrofísica de la Universidad Andrés Bello (UNAB): Celeste Artale, Lucia Guaita y Julie Nantais.
El estudio, liderado por Vandana Ramakrishnan, Byeongha Moon y Ashley Ortiz, fue publicado en The Astrophysical Journal y difundido por NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. Se basa en datos del mapeo ODIN (One-hundred-deg² DECam Imaging in Narrowbands), realizado con la Cámara de Energía Oscura (DECam) instalada en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros, en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, en Chile. Con una resolución de 570 megapíxeles, la cámara dedicó más de 100 noches durante tres años a capturar imágenes profundas de una enorme porción del cielo del hemisferio sur.
Una estructura excepcional
Los cúmulos de galaxias son las estructuras más masivas del universo que se mantienen unidas por la gravedad: agrupan desde cientos hasta miles de galaxias y se extienden por millones de años luz. Los que vemos hoy son estructuras maduras, que nacieron de “protocúmulos”: enormes agrupaciones de galaxias aún poco compactas, en proceso de fusión.
El equipo identificó 150 protocúmulos distantes y se enfocó en dos de ellos, en el campo COSMOS. Para pasar de una imagen plana del cielo a un mapa tridimensional, usaron espectrógrafos que miden la distancia desde la Tierra a cada galaxia a partir de su luz. Entre estos espectógrafos se encuentra el instrumento DESI, capaz de medir simultáneamente la distancia a 5.000 galaxias.
Los mapas revelaron que ambos protocúmulos terminarán siendo más masivos que el Cúmulo de Coma, el mayor cúmulo conocido en el universo local. Pero COSMOS-z3.1-A es aún más raro: es un proto-supercúmulo, el antepasado de un “cúmulo de cúmulos”, con una masa equivalente a 5.000 veces la de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Según Ramakrishnan, debería existir menos de un objeto así por cada 10.000 cúmulos de galaxias.
Además, por primera vez se observó directamente en el universo lejano que estas estructuras son grumosas e irregulares y que se ubican en la intersección de múltiples filamentos de la red cósmica. Esa subestructura sería evidencia de un crecimiento “ascendente”: las piezas pequeñas se forman primero y luego se fusionan en estructuras mayores.
El aporte desde el Instituto de Astrofísica UNAB
El proyecto ODIN es una colaboración internacional que involucra a investigadores de Estados Unidos, Corea del Sur y Chile, y cuyo objetivo principal es “identificar galaxias y regiones de alta densidad, donde la concentración de galaxias es mayor que la esperada en promedio”, explica Lucia Guaita, quien participa en el proyecto a través de la toma de datos con el telescopio de Cerro Tololo y en diversas propuestas de observación.
Esta colaboración es especialmente importante porque estudia siete campos independientes con observaciones profundas y de gran cobertura espacial, lo que permite realizar análisis estadísticos robustos. “Muchas otras observaciones se centran en campos más pequeños o, cuando abarcan áreas extensas, no alcanzan la misma profundidad”, agrega.
Además, gracias a acuerdos de colaboración internacional, ODIN ha podido acceder a datos de otros sondeos, enriqueciendo el análisis. Asimismo, compara los resultados observacionales con simulaciones para contrastar las predicciones teóricas sobre la formación y evolución de las galaxias con las observaciones del universo.
La especialidad de Celeste Artale son las simulaciones hidrodinámicas cosmológicas. Su contribución al proyecto consiste en proveer un marco teórico-numérico para los resultados observacionales obtenidos por la colaboración ODIN.
La investigadora detalló que, con esas simulaciones, “validamos una nueva técnica de mapeo 3D y demostramos que es mucho más precisa que los métodos anteriores. Además, al comparar las galaxias reales con las simuladas, hemos podido calcular cuánto crecerán estas estructuras en el futuro y comprender mejor su forma”.
Julie Nantais, por su parte, se sumó al proyecto para buscar evidencias observacionales de efectos del entorno sobre las galaxias de los protocúmulos. Su experiencia previa se centraba en épocas más tardías, cuando el universo tenía unos 4 o 5 mil millones de años. “ODIN se enfoca en una época de alta importancia para entender la co-evolución de las galaxias y la Red Cósmica, cuando grupos de galaxias se estaban volviendo abundantes y faltaba poco para que se fusionaran para ser los primeros cúmulos de galaxias”, explica Nantais, y agrega:
Los resultados indican que en esa etapa todavía no se aprecian efectos del medio ambiente en la tasa de formación estelar, aunque podrían existir correlaciones con otras propiedades, como la morfología y la metalicidad, que darían pistas sobre por qué las galaxias de los cúmulos dejan de formar estrellas.
Ciencia que cruza fronteras
Las tres investigadoras coinciden en que la colaboración internacional es lo más valioso de la experiencia. Artale destaca que simulaciones y observaciones suelen avanzar por caminos paralelos porque hablan “idiomas” distintos: “En ODIN hemos logrado ese diálogo. Para mí ha sido una experiencia enriquecedora y demuestra que desde Chile podemos contribuir de manera activa a la frontera de la cosmología”.
Guaita subraya, además, la formación de nuevos científicos: “Actualmente estamos colaborando con una investigadora de Corea en una segunda tesis doctoral de una estudiante UNAB. Y he participado en la supervisión de dos tesis de estudiantes de Corea”. Nantais, en tanto, valora haber investigado la “precuela” de sus otros trabajos de investigación en colaboraciones como SpARCS, GOGREEN y CHANCES, “que estudian cúmulos en épocas intermedias, cuando ya están establecidos pero sus galaxias y las de sus alrededores siguen evolucionando”.
El equipo espera seguir haciendo descubrimientos en la próxima década, cuando el Observatorio Vera C. Rubin de NSF–DOE complemente las imágenes profundas de ODIN con su mapeo de todo el cielo del hemisferio sur.
