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Estadísticas de intensidad para los campos combinados A y B. afracción diferencial de vóxeles con una intensidad determinada en LU Å-1 En diferentes umbrales de suavizado, se expresa como el FWHM del núcleo gaussiano. La fracción de cobertura por unidad de desplazamiento al rojo es una integral de esto, aproximadamente 0,1 para Δ = 11,3″ y 0,25 para Δ= 17,1″. Las líneas de puntos verticales muestran la referencia SBa,0 (rojo) y SBa,0,e (azul). BDistribución de la intensidad media de la fuente en LU y en LU Å-1. Las líneas verticales muestran la intensidad típica de la fuente ópticamente gruesa esperada SB0 (púrpura), s.p.0,a (verde)2 y SB0,a,H (azul)36 En la LU del fondo UV ionizante no mejorado en z= 2,35, como se analiza en el texto. Las líneas finas son ajustes (formas) regulares. CDensidad de volumen de transmisión de fuente versus densidad para SB0para áreas fuente mínimas a> 3, 10, 20 segundos de arco2. Las líneas discontinuas muestran predicciones de la ref. 2. Drla función de luminosidad diferencial de la fuente para dos regiones del mínimo de la fuente, en comparación con la ref. 37. Todos los gráficos suponen que todas las fuentes son Lyα y los gráficos son B–Dr Utilice un umbral de suavizado Δ= 11,3″. Las barras de error son 1σ. crédito: astronomía de la naturaleza(2023). doi: 10.1038/s41550-023-02054-1
Al igual que los ríos que alimentan los océanos, las corrientes de gas alimentan a las galaxias de todo el universo. Pero estas corrientes, que forman parte de la llamada red cósmica, son muy débiles y difíciles de ver. Si bien los astrónomos conocen la red cósmica desde hace décadas, e incluso han vislumbrado el brillo de sus filamentos alrededor de objetos cósmicos brillantes llamados cuásares, nunca habían fotografiado directamente la estructura que se extiende hacia las partes más oscuras del espacio, hasta ahora.
Los nuevos resultados del Keck Cosmic Web Imager, o KCWI, diseñado por el profesor de física Edward C. Stone de Caltech, Christopher Martin, y su equipo, son los primeros en mostrar luz directa que emana de la parte más grande y oculta de la red cósmica: la superficie lisa. , hilos entrecruzados que se extienden a lo largo de los pilares más oscuros del espacio intergaláctico. El instrumento KCWI tiene su base en el Observatorio W.M. Keck en la cima del Monte Maunakea en Hawaii.
«Elegimos el nombre Keck Cosmic Web Imager para nuestro instrumento porque esperábamos que detectara la red cósmica directamente», dice Martin, quien también es director de los Observatorios Ópticos de Caltech, que incluyen la parte Caltech del Observatorio Keck; Otros socios del Observatorio Keck son la Universidad de California y la NASA. «Me alegro mucho de que haya funcionado».
Las galaxias de nuestro universo se condensan a partir de remolinos de nubes de gas. Luego, este gas se condensa para formar estrellas que iluminan las galaxias, haciéndolas visibles para los telescopios en un rango de longitudes de onda de luz. Los astrónomos creen que los filamentos fríos y oscuros del espacio profundo se abren paso hacia las galaxias, proporcionándoles gas, el combustible necesario para formar más estrellas.
En 2015, Martin y sus colegas encontraron «evidencia convincente», como la describió Martin, para el llamado modelo de flujo frío de formación de galaxias: un filamento largo que canaliza gas hacia una galaxia grande. En este trabajo, utilizaron un prototipo del instrumento KCWI, el Cosmic Web Imager, que estaba basado en el Observatorio Palomar de Caltech.
En este caso, el filamento fue iluminado por un quásar cercano, el núcleo brillante de una galaxia joven. Pero la mayor parte de la red cósmica se encuentra en la desolada región entre galaxias y es difícil obtener imágenes.
«Antes de este último descubrimiento, habíamos visto estructuras filamentosas debajo de una farola», dice Martin. «Ahora podemos verlos sin lámpara».
Nuevos resultados Aparece en un artículo publicado en astronomía de la naturaleza.
Martin se ha sentido impulsado a descubrir la red cósmica en todo su esplendor desde que era estudiante de posgrado. Dice que estas imágenes detalladas de la red proporcionarán a los astrónomos la información que necesitan para comprender los detalles de cómo se forman y evolucionan las galaxias. También podría ayudar a los astrónomos a mapear la distribución de la materia oscura en nuestro universo (la materia oscura constituye alrededor del 85 por ciento de toda la materia en el universo, pero los científicos aún no saben de qué está hecha).
«La red cósmica determina la estructura de nuestro universo», dice. «Es donde reside la mayor parte de la materia normal o bariónica de nuestra galaxia y rastrea directamente la ubicación de la materia oscura».
Brillo débil de los filamentos.
La mejor manera de ver la red cósmica directamente es capturar las huellas dactilares de su componente principal, el gas hidrógeno, utilizando instrumentos llamados espectrómetros, que propagan la luz en muchas longitudes de onda, también conocidos como espectrógrafos. El gas hidrógeno se puede identificar dentro de estos espectros por su línea de emisión más fuerte, llamada línea alfa de Lyman.
Martin y sus colegas diseñaron KCWI para encontrar débiles firmas de Lyman Alpha en una imagen bidimensional (2D) del universo (de ahí que KCWI se conozca como espectrómetro de imágenes). El primer lote del instrumento cubre la parte «azul» del espectro de luz visible, con longitudes de onda que oscilan entre 350 y 560 nanómetros. (La segunda parte del instrumento, llamada Keck Cosmic Reionization Mapper, o KCRM, que ve la porción roja o de longitud de onda más larga del espectro visible, se instaló recientemente en el Observatorio Keck).
Los precisos espectrómetros de KCWI pueden buscar firmas Lyman alfa de la red cósmica en una variedad de longitudes de onda. Debido a la expansión del universo, que extiende la luz a longitudes de onda más largas, el gas más alejado de la Tierra tiene una firma Lyman alfa más roja. Las imágenes bidimensionales capturadas por KCWI en cada longitud de onda de luz se pueden unir para crear un mapa tridimensional (3D) de la emisión de la red cósmica. Para esta observación, KCWI observó una región del espacio a entre 10 y 12 mil millones de años luz de distancia.
«Básicamente estamos creando un mapa 3D de la red cósmica», explica Martin. «Tomamos espectros de cada punto de la imagen en un rango de longitudes de onda y traducimos las longitudes de onda en distancia».
Confusión con la luz espacial difusa
Un desafío para detectar la red cósmica es que su tenue luz puede confundirse con la luz de fondo cercana que llena el cielo sobre Maunakea, incluido el brillo de la atmósfera y la luz zodiacal del sistema solar (generada cuando la luz solar se dispersa sobre el polvo interplanetario). .Incluso la luz de nuestra galaxia.
Para resolver este problema, a Martin se le ocurrió una nueva estrategia para restar esta luz de fondo a las imágenes de interés.
“Estamos mirando dos parches diferentes de cielo, A y B. Las estructuras de filamentos estarán a diferentes distancias en las dos direcciones en los dos parches, por lo que puedes tomar la luz de fondo de B y restarla de A, y viceversa. viceversa», dice. «Simplemente omití las estructuras». «Realicé simulaciones detalladas de esto en 2019 para convencerme de que este método funcionaría».
El resultado es que los astrónomos ahora tienen «una forma completamente nueva de estudiar el universo», dice Martin.
«Con KCRM, el canal rojo recientemente implementado por KCWI, podemos ver más en el pasado», dice el científico principal del instrumento Mateusz Matuszewski. «Estamos muy entusiasmados con la forma en que este nuevo instrumento nos ayudará a conocer los filamentos más distantes y la era en la que se formaron las primeras estrellas y los agujeros negros».
Hablando de nuevas formas de ver el universo, Martin colaboró con el artista Matt Shoemaker para traducir datos de la red cósmica en música para un proyecto llamado “Espiral, supercúmulo, filamento, pared (en honor a Michael Anderson)”. El proyecto celebra la vida de Anderson, quien murió junto con sus compañeros astronautas en el accidente del transbordador espacial Columbia en 2003. Martin, quien «fingió que las cuerdas eran cuerdas de violín gigantes», tradujo las masas de las cuerdas en frecuencias basadas en la nota de Do medio. .Aparato aquí.
más información:
Dr.. Christopher Martin et al., Emisión generalizada de Lyman-alfa asociada con la estructura cósmica, astronomía de la naturaleza(2023). doi: 10.1038/s41550-023-02054-1
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