sábado, 7 de abril de 2018

La cosa más grande

La Tierra es tan grande que hasta el día de hoy hay gente que cree que es plana. El Sol es mucho más grande: en él cabrían un millón de Tierras. Aun así, una estrella es una mota de polvo en la galaxia. Y si bien la Vía Láctea es una galaxia grande, las hay mayores. Los cúmulos de galaxias, naturalmente, son todavía más grandes que las galaxias mismas. ¿Cuál será la cosa más grande? ¿La más grande de todas? ¡Sin decir "el universo", eh!

Bueno, depende un poco de qué se entienda por "cosa", por supuesto. En la reciente conferencia Distant Galaxies from the Far South, George Becker, de la Universidad de California, nos mostró su observación de lo que podría ser la cosa más grande:


Este gráfico muestra un espectro, obtenido con el telescopio VLT, del lejano quasar (se pronuncia cuéisar, otro día cuento lo que son) con el raro nombre ULAS J0148+0600. Está tan lejos (z = 5.98, dice ahí) que su luz fue emitida hace 12800 millones de años, en un universo "infantil" muy distinto del actual. Estos quasars lejanísimos resultan ser una herramienta ideal para los astrónomos que investigan el espacio entre las galaxias, ya que su radiación tuvo que atravesar tooooooodo ese espacio intermedio hasta llegar hasta nosotros. Y, en el camino, esa luz sufre transformaciones según lo que va encontrando. Esta ilustración permite entenderlo mejor:


La idea es que, a medida que viaja por el espacio, la luz emitida por el quasar va encontrando hidrógeno a distintas distancias. El hidrógeno es un buen emisor y absorbedor de una radiación ultravioleta bien conocida: la línea alpha de Lyman, correspondiente a la transición entre el nivel más bajo de energía de su electrón y el inmediato superior. Es un color ultravioleta de 121 nm (nanómetros, la luz visible está entre 400 y 700 nm).

Pero claro: esos 121 nm son medidos en el laboratorio. Las galaxias y los quasars muy lejanos, debido a la expansión del universo, tienen su radiación muy corrida hacia el rojo, hacia las longitudes de onda larga. Es un efecto similar a cuando escuchamos un auto que se aleja, que se escucha más grave: iiiiiiiiiiuuuuuúmmm... Grave, en luz, es rojo. Por eso en la ilustración vemos la línea de emisión Ly-α del quasar a casi 500 nm (5000 Angtroms, en el verde). A propósito: esas líneas fueron un misterio cuando se descubrieron los quasars, hasta que los astrónomos se convencieron de que eran líneas ultravioletas extremadamente corridas hacia el rojo, lo cual indicaba enormes distancias.

Si llegaron hasta acá, no aflojen. ¿Qué es esa parte toda peluda a la izquierda del pico de emisión del quasar? Son líneas de absorción también de Ly-α ¡Pero están a longitudes de onda diferentes! Claro, porque el gas que las produce (absorbiendo otra radiación del quasar, esa línea quebrada roja), ya sea en forma de galaxias o gas intergaláctico, está más cerca nuestro, y por lo tanto su corrimiento al rojo no es tan extremo. Esa luz viaja y viaja y viaja, y en cada parte de su viaje pierde un cachito de intensidad a longitudes de onda que se van acercando al ultravioleta. El resultado es ese bosque de rayas verticales que, apropiadamente, se llama la Lyman forest. En la ilustración se muestra cómo una galaxia, que es un objeto grande, produce un "claro" en esta selva, correspondiente a su tamaño. En este sitio hay una versión animada de esta figura, que lo explica todavía mejor.

Pongo de nuevo la figura de Becker, esta vez donde muestra una selva de Lyman típica (negra, otro quasar a la misma distancia, pero cuya luz evidentemente corre otra suerte) además de la que atraviesa la cosa más grande (roja):


El claro en el bosque se produce entre redshift (z) casi 5.9 hasta 5.5. Esto permite calcular el tamaño del objeto responsable de la absorción de la luz quasárica: 160 megaparsecs. ¡La luz ultravioleta del quasar tardó 500 millones de años en atravesarla! La Vía Láctea mide 0.03 megaparsecs. Un cúmulo de galaxias mide entre 2 y 10 megaparsecs. 160 megaparsecs es, probablemente, la cosa más grande. De todas.

¿Y qué es? No lo sabemos. De hecho, la charla de Becker fue precisamente acerca de sus esfuerzos para entender este objeto, no simplemente para mostrarnos su existencia. Ojo: "No lo sabemos", para un científico, no quiere decir que no tiene una explicación sino todo lo contrario: tiene muchas. Y no sabe cuál, o cuáles, son correctas. Becker ha descartado algunas, y tiene su candidata prometedora: que se trata de una enorme fluctuación de densidad de hidrógeno intergaláctico, que en esa edad del universo está siendo ionizado por las primeras galaxias de manera muy heterogénea. Y ha mostrado sus observaciones de la distribución de galaxias a su alrededor, que supone sirve para trazar la densidad del gas. Es una explicación posible, pero no definitiva. Lo que sí es cierto es que ese objeto inmenso, impensable, escalofriante, existe.


Las tres figuras de Becker están tomadas de su charla en Distant Galaxies from the Far South (disponibles en la web de la conferencia). La ilustración de la selva de Lyman es de Barnes et al. Ly-a and Mg II as probes of galaxies and their environment, Pub. Astr. Soc. Pacific, 126:969-1009 (2014).

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