Copia desenrollada de mi astrohilo del 31/05/2024 en Twitter/X
¿Cuántas galaxias hay? ¿Cuántas detectamos en una imagen integrada de unas horas? ¿Qué brillo, distancia, masa tendrán? ¿Cuántas estrellas estarán naciendo en ellas? Este artículo técnico (en prensa) te lo cuenta https://arxiv.org/abs/2403.15650 y la explicación para todo público a continuación
Imagen NIRCam del Telescopio Espacial James Webb del cúmulo SMACS 0723, en la que se aprecian miles de galaxias. Créditos imagen: STScI / NASA
En computadora podemos predecir cómo cambia la masa de las galaxias a lo largo del tiempo, desde épocas muy tempranas a nuestros días. Utilizamos la simulación Bolshoi-Planck de materia oscura para predecir qué galaxias encontraremos en 5.3 grados cuadrados del cielo
Representación de la porción de Universo visible en 5.3 grados cuadrados (unas 26 lunas llenas, en la base del triángulo perpendicular al plano representado). En la imagen se aprecia un triángulo que representa la densidad de halos de materia oscura a diferentes distancias. Llega hasta corrimiento al rojo 8, a unos 30,000 millones de años luz de distancia, de tal manera que la luz de las galaxias que habitan los halos a mayor distancia ha viajado el 95% de la vida del Universo en llegar hasta un observador que simule a la Vía Láctea hoy en día (en el ápice del triángulo). En una sección inferior se representa una pequeña porción de la pirámide, con los halos marcados por círculos de radio proporcional a su masa. Créditos: Araceli Nava Moreno
Podemos asociar la masa total de las galaxias con su masa en estrellas, su tasa de formación estelar, su oscurecimiento y emisión en ondas milimétricas para predecir cuáles podríamos detectar con telescopios como el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano en Puebla, y su nueva cámara de imagen TolTEC
Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano en la cima del volcán Tliltépetl, Estado de Puebla. Créditos imagen: GTM
Las propiedades de las galaxias más brillantes simuladas reproducen muy bien las distribuciones de brillo, distancia y tasas de formación de nuevas estrellas medidas hasta el momento en los censos del cielo realizados con otros telescopios milimétricos.
Diagrama técnico de Nava-Moreno et al. 2024, MNRAS, en prensa. Distribución de densidad (comóvil) de galaxias por unidad logarítmica de luminosidad infrarroja (en luminosidades solares) en función de la luminosidad infrarroja para 4 muestras, desde las galaxias más cercanas (z<1.5) a las más lejanas (z>3.5). La línea negra de nuestros cálculos es comparada con la distribución de densidad de galaxias medidas en diferentes censos del cielo existentes (puntos de colores).
Para las observaciones más profundas que realizaremos con TolTEC a longitud de onda de 1.1, 1.4 y 2.0mm, predecimos que el campo más profundo de 0.8 grados cuadrados (4 lunas llenas) tendrá unas 28000 galaxias detectables hasta distancias de 30 mil millones de años luz.
Simulación de una observación del cielo visto por TolTEC a 1.1mm en un área de 0.3 grados cuadrados, correspondiente a un área equivalente de luna y media. Los efectos atmosféricos e instrumentales están considerados en esta simulación. Los puntos brillantes corresponden a galaxias del catálogo de Nava-Moreno y colaboradores que se podrían detectar con TolTEC. Crédito: tesis de maestría de Daniela Espitia, INAOE 2023.
La simulación nos permite deducir que habrá galaxias que en la imagen aparezcan unas encima de otras y cómo corregir este efecto que nos hace sobreestimar su brillo. En ocasiones podemos adjudicar el 90% del brillo detectado a una galaxia, cuando realmente son muchas juntas.
Igual que los niños alrededor de una pelota, las galaxias se pueden agrupar alrededor de los grandes centros de masa. Créditos de fotografía Freepik Company.
El artículo está encabezado por la estudiante de INAOE Araceli Nava Moreno. Está firmado también por E. Peralta, estudiante INAOE, A. Montaña, A. Rodríguez-Puebla, V. Ávila-Reese y yo misma, investigadores de INAOE e IA-UNAM.
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