John Moustakas, Siena College
Febrero 3, 2021
En su propósito por descubrir los misterios de la energía oscura, DESI medirá de manera precisa los desplazamientos al rojo de más de 15 millones de galaxias con líneas de emisión o “ELG” (por las siglas en inglés de Emission-Line Galaxies). Aunque son increíblemente distantes y tenues, DESI aprovechará un rasgo distintivo en la luz emitida por estas galaxias, un rasgo llamado “oxígeno dos doblete”, representado por el símbolo “[OII]”.
Pero, ¿qué es este llamado doblete y de dónde viene? ¿Y por qué el oxígeno? Para responder a estas preguntas, ¡necesitamos sumergirnos en un poco de astrofísica!
¿Sabías que después del hidrógeno y el helio, el oxígeno es, con mucho, el elemento más abundante en el universo? Por ejemplo, en nuestro sistema solar hay una vez y media más átomos de oxígeno que átomos de carbono y ¡casi veinte veces más átomos de oxígeno que átomos de hierro! Debido a que es tan común, el oxígeno también es un elemento increíblemente importante en las galaxias, especialmente en el gas entre las estrellas, lo que los astrónomos llaman el “medio interestelar”. De hecho, el oxígeno es una de las principales formas en que las galaxias se “enfrían”.
Echemos un vistazo rápido a lo que esto significa. En las galaxias, las nuevas estrellas generalmente se forman en los centros de nubes de gas y polvo que son densas y frías. De vez en cuando, nacerá una estrella muy masiva, una estrella brillante y caliente que puede ser entre dos y cien veces más masiva que el Sol. Estas estrellas monstruosas bombean enormes cantidades de fotones de alta energía (es decir, luz) al gas circundante, desplazando a los electrones que normalmente están unidos a los átomos y creando una espectacular “sopa” de electrones muy veloces, protones y átomos pesados con cargas positivas, como el oxígeno, que rodea a la estrella nueva. Los astrónomos llaman a estos sitios de actividad intensa y de corta duración en las galaxias como “regiones HII” o “regiones de formación de estrellas”.
Ahora, la temperatura típica de estas regiones de formación de estrellas es de unos agradables 10,000 grados Kelvin, ¡más caliente que la superficie del Sol! Entonces, ¿cómo se deshace la región de esta energía extra y se enfría? Bueno, a medida que los átomos, como el oxígeno, se mueven en direcciones aleatorias, ocasionalmente chocan entre sí. Cuando esto sucede, parte de la energía cinética del movimiento “excita” uno de los electrones del átomo a un estado de energía superior. ¡Pero el electrón no permanece excitado por mucho tiempo!
Después de aproximadamente un segundo, el electrón excitado “salta” espontáneamente a un nivel de energía más bajo, emitiendo simultáneamente un fotón de energía (es decir, luz) en el proceso. Posteriormente, este fotón escapa de la región de formación de estrellas, robándole la energía original bombeada por la estrella joven y caliente y ayudándola a enfriarse. En las galaxias de líneas de emisión que forman activamente estrellas y que DESI está buscando, observamos que el oxígeno “brilla” de esta manera a dos energías o longitudes de onda cercanas pero distintas, de 372.71 y 372.98 nanómetros. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, ¡por lo que la longitud de onda de esta luz es aproximadamente 170 veces más pequeña que el ancho del cabello humano!)
Este par de líneas se llama “oxígeno dos doblete” (el “dos” significa confusamente que al átomo de oxígeno le falta un electrón) y se escribe usando el símbolo “[O II]”. En diciembre de 2020, DESI comenzó a realizar observaciones como parte de su fase de “Validación de sondeo”, y una pregunta importante que esta fase pretende responder es: ¿con qué eficiencia DESI podrá pre-seleccionar (o “apuntar”) las galaxias con líneas de emisión? Hasta ahora, la respuesta a esta pregunta ha sido un rotundo: ¡realmente bien! Para ilustrar el tipo de datos impresionantes que está obteniendo DESI, el Dr. Julien Guy del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ha creado una animación del doblete [OII] en una muestra de aproximadamente 3,400 galaxias con líneas de emisión que DESI observó en diciembre, que es una pequeña fracción de las más de 35 millones de galaxias que DESI observará durante su sondeo de 5 años.
Esta película muestra al sorprendentemente claro doblete [OII] en estas galaxias, lo que deja a DESI un paso más cerca para poder develar el misterio de la energía oscura.
