El hidrógeno es, con diferencia, el elemento químico más abundante del Universo. Creado durante los procesos que sucedieron al Big Bang, particularmente durante la recombinación de los núcleos atómicos (protones en su mayoría) con los electrones unos 380 mil años después del inicio del Cosmos, el hidrógeno es el “padre” del que provienen el resto de elementos químicos. La transformación del hidrógeno en otros elementos ocurre sobre todo dentro de las estrellas (por fusión termonuclear, por ejemplo formando núcleos de helio a partir del hidrógeno, que luego se fusiona en núcleos de oxígeno, silicio, azufre o hierro en las estrellas más masivas) o por la acción de éstas en sus alrededores (explosiones de supernova, que típicamente producen los elementos químicos más pesados que el hierro).
En un avance astronómico significativo -con la ayuda del mayor radiotelescopio del mundo cuyo diámetro es de 500 metros- un grupo de científicos ha detectado por primera vez la emisión en línea de hidrógeno neutro de otras galaxias; lo que puede ayudar a enriquecer el entendimiento de la materia oscura.
Recientemente, un equipo de investigación internacional dirigido por el Dr. CHENG Cheng del Centro de Astronomía de América del Sur de la Academia de Ciencias de China (CASSACA) observó cuatro galaxias extragalácticas utilizando el receptor FAST de 19 haces y detectó la emisión de la línea de hidrógeno neutral de tres objetivos con solo cinco minutos de exposición cada uno. Esta es la primera publicación de FAST para detectar hidrógeno neutro extragaláctico.
Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en la revista internacional Astronomy and Astrophysics Letter.
El estudio de la detección de hidrógeno neutro extragaláctico es uno de los objetivos científicos más importantes del telescopio gigante.
El gas de hidrógeno neutro es el barión más extendido en las galaxias, mientras que el gas frío trazado por el CO está más concentrado en un centro de galaxia (contorno rojo en la figura 1). «Con mediciones dinámicas de hidrógeno neutro y CO, podemos estimar la distribución de masa de galaxias en diferentes radios», dijo el Dr. CHENG, primer autor del estudio.
Las masas dinámicas de estas cuatro galaxias estimadas a partir de la línea neutral de hidrógeno recién observada fueron 10 veces más altas que las masas bariónicas observadas, lo que indica la contribución de la materia oscura.
Por otro lado, las masas dinámicas estimadas usando observaciones previas de CO fueron equivalentes a sus masas bariónicas observadas. Por lo tanto, la nueva observación FAST ilustró su capacidad de estudiar la materia oscura en galaxias utilizando la línea de emisión neutral de hidrógeno de 21 cm.
La observación por FAST de estas galaxias fue una parte importante de un proyecto de investigación internacional denominada Búsqueda de Líneas de Emisión o sus siglas en inglés VALES del observatorio ALMA de Valparaíso, dirigida por el Prof. Edo Ibar de la Universidad de Valparaíso en Chile.
El VALES es un proyecto de observación de galaxias formadoras de estrellas utilizando instalaciones internacionales de primera clase como Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Herschel Space Observatory, Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder Experiment telescope (APEX) y Very Large Telescope ( VLT).
FAST, con una sensibilidad sin precedentes, ofrece una oportunidad única de observar el hidrógeno neutro extragaláctico y, por lo tanto, se ha agregado a la lista de instalaciones astronómicas modernas utilizadas por esta colaboración internacional.
Esta detección muestra la sensibilidad extraordinaria del telescopio.
El FAST está ubicado en una depresión redonda natural y profunda de karst en la provincia de Guizhou, en el suroeste de China. Empezó su operación formal el 11 de enero de 2020, tras pasar una evaluación nacional.
La materia oscura es un componente invisible del universo. Es uno de los mayores misterios en la astronomía moderna.
Imagen: corresponden a cuatro galaxias que fueron observadas con el FAST. Los contornos rojos pertenecen a la observación previa de CO por ALMA. Los espectros blancos en cada panel son los resultados de la observación del FAST. (Foto: CASSACA)