Cómo los radiotelescopios nos muestran galaxias nunca vistas

Nuestro universo es extraño, maravilloso y vasto, dice la astrónoma Natasha Hurley-Walker. Una nave espacial no puede llevar a sus profundidades (todavía), pero puede un radiotelescopio. En esta charla fascinante, llena de imágenes, Hurley-Walker muestra cómo ella sondea los misterios del universo con tecnología especial que revela el espectro de la luz que no podemos ver.

El espacio, la última frontera.

La primera vez que oí estas palabras
cuando tenía solo 6 años,

me inspiraron completamente.

Quería explorar nuevos mundos extraños.

Quería descubrir nuevas formas de vida.

Quería ver todo lo que
el universo tenía que ofrecer.

Y esos sueños, esas palabras,
me llevaron a un viaje,

un viaje de descubrimiento,

por la escuela, por la universidad,

a hacer un doctorado y, finalmente,
convertirme en astrónoma profesional.

Aprendí dos cosas increíbles,

una un poco desafortunada,

cuando hacía mi doctorado.

Aprendí que la realidad era

que no pilotearía una nave espacial
en un corto plazo.

Pero también aprendí que el universo
es extraño, maravilloso y extenso,

en realidad, demasiado grande
para explorarse con una nave espacial.

Y así volví mi atención a la astronomía,
a la utilización de telescopios.

Les muestro antes una imagen
del cielo nocturno.

La pueden ver en
cualquier parte del mundo.

Todas estas estrellas son parte de
nuestra galaxia local, la Vía Láctea.

Ahora bien, si se van a una parte
más oscura del cielo,

un buen sitio oscuro,
tal vez en el desierto,

es posible que vean
el centro de la Vía Láctea

desplegándose ante Uds.,
cientos de miles de millones de estrellas.

Es una imagen muy hermosa.

Llena de color.

Y de nuevo, es solo una esquina local
de nuestro universo.

Se puede ver que hay una especie de
extraño polvo oscuro cruzándola.

Es polvo local

que oscurece la luz de las estrellas.

Pero podemos hacer un buen trabajo.

Con solo nuestros ojos, podemos explorar
nuestro pequeño rincón del universo.

Se puede hacer mejor.

Uno puede usar telescopios maravillosos
como el telescopio espacial Hubble.

Los astrónomos formaron esta imagen.

Se llama Campo Profundo del Hubble,

y han gastado cientos de horas observando
solo una pequeña porción del cielo

no mayor a la uña del pulgar
teniendo el brazo extendido.

Y en esta imagen

se pueden ver miles de galaxias,

y sabemos que debe haber cientos
de millones, miles de millones de galaxias

en todo el universo.

A algunos les gusta la nuestra
y a algunos una muy diferente.

Por lo que parece,
puedo continuar este viaje.

Es fácil. Solo tengo que usar
un telescopio muy potente

y solo mirar al cielo, no hay problema.

Realmente se pierden cosas
si se limita uno a hacer esto.

Esto es porque de todo lo que hemos
hablado hasta ahora

se usa solo el espectro visible,
justo lo que sus ojos pueden ver,

y esa es una pequeña porción,

una pequeña, pequeña porción de lo
que el universo tiene para ofrecernos.

También hay dos problemas muy
importantes con el uso de la luz visible.

No solo nos estamos perdiendo
de todos los otros procesos

que emiten otros tipos de luz,

sino que hay dos cuestiones.

La primera es ese polvo
que he mencionado antes.

El polvo impide que la luz visible
llegue a nosotros.

Así que cuando miramos más profundamente
en el universo, vemos menos luz.

El polvo impide que nos llegue.

Pero hay un problema muy extraño
con el uso de la luz visible

para tratar de explorar el universo.

Descansemos un minuto.

Digamos que están parados en
una esquina de una calle.

Hay autos que pasan.

Una ambulancia se acerca.

Tiene una sirena aguda.

(Imita una sirena pasando)

La sirena parece cambiar de tono

mientras se mueve hacia Ud. y luego se va.

El conductor de la ambulancia no
cambió la sirena para molestarlos.

Fue un producto de su percepción.

Las ondas de sonido,
mientras la ambulancia se acercaba,

fueron comprimidas,

y cambiaron a más agudas.

A medida que se alejaba,
las ondas sonoras se estiraron,

y sonaban en tono más bajo.

Lo mismo ocurre con la luz.

Objetos que se mueven hacia nosotros,

sus ondas de luz se comprimen
y se presentan más azules.

Objetos que se mueven lejos de nosotros,

sus ondas de luz se estiran,
y aparecen más rojas.

Llamamos a estos efectos
desplazamiento al azul y al rojo.

Nuestro universo se está expandiendo,

así que todo se está
alejando de todo lo demás,

y eso significa que
todo parece ser de color rojo.

Y por extraño que parezca, cuando se mira
más profundamente en el universo,

los objetos más distantes
se están alejando más y más rápido,

por lo que parecen más rojos.

Así que si vuelvo al
Campo Profundo del Hubble

y seguimos mirando
profundamente en el universo

solo usando el Hubble,

al llegar a cierta distancia,

todo se vuelve rojo,

y que presenta una especia de problema.

Al final, estamos tan lejos

que todo cambia a infrarrojo

y no podemos ver nada en absoluto.

Debe haber forma de evitar esto.

Si no, estoy limitada en mi viaje.

Quería explorar todo el universo,

no solo lo que puedo ver antes de que
el corrimiento al rojo me golpee.

Hay una técnica.

Se llama la radioastronomía.

Los astrónomos han estado
usándola por décadas.

Es una técnica fantástica.

Les muestro el radiotelescopio Parkes,
conocido cariñosamente como "El plato".

Quizá vieron la película.

La radio es realmente brillante.

Nos permite escrutar
mucho más profundamente.

No la detiene el polvo,

así que se puede ver todo en el universo,

y el desplazamiento al rojo
es un problema menor

ya que construimos receptores que
reciben a en una gran banda.

¿Qué ve Parkes cuando lo dirigimos
al centro de la Vía Láctea?

Debemos ver algo fantástico, ¿verdad?

Nosotros vemos algo interesante.

Todo el polvo se ha ido.

Como dije, la radio pasa a través
del polvo, así que no es un problema.

Pero la vista es muy diferente.

Podemos ver que el centro
de la Vía Láctea es radiante,

y esto no es la luz estelar.

Se trata de una luz llamada
radiación de sincrotrón,

y se forma de los electrones que giran
en los campos magnéticos cósmicos.

Por lo que este plano
está radiante con esta luz.

Y también podemos ver mechones extraños
que salen fuera de él,

y objetos que no aparecen se alineen

con todo lo que podemos ver
con nuestros ojos.

Pero es realmente difícil interpretar
esta imagen,

ya que como pueden ver,
es de muy baja resolución.

Las ondas de radio tienen
una longitud de onda larga,

y eso hace que su resolución
sea más pobre.

Esta imagen también es en blanco y negro,

por lo que no se sabe muy bien
el color de todo aquí.

Avancemos a la actualidad.

Podemos construir telescopios

que pueden superar estos problemas.

Les muestro aquí una imagen del
Radio Observatorio de Murchison,

un lugar fantástico
para construir radiotelescopios.

Es plano, está seco,

y lo más importante,
es tranquilo de radio:

no hay teléfonos móviles,
no hay Wi-Fi, nada,

muy, muy tranquilo de radio,

un lugar perfecto
para construir un radiotelescopio.

El telescopio en que he trabajado
durante unos años

se llama Matriz de Murchison Widefield,

y voy a mostrarles un poco
cómo se construye.

Este es un grupo de estudiantes
de grado y posgrado

en Perth.

Los llamamos Ejército de Estudiantes,

y ofrecieron su tiempo
para construir un radiotelescopio.

No hay créditos en el curso para esto.

Están poniendo juntos
estos dipolos de radio.

Solo reciben a frecuencias bajas,
un poco como su radio FM o el televisor.

Aquí los estamos desplegando
por el desierto.

El telescopio final cubre
10 kilómetros cuadrados

del desierto de Australia Occidental.

Y lo interesante es que
no hay partes móviles.

Acabamos de desplegar
estas pequeñas antenas

esencialmente en malla de pollo.

Es bastante barato.

Los cables toman las señales

de las antenas

y los llevan a las
unidades centrales de procesamiento.

Y es el tamaño de este telescopio,

el que lo hayamos construido
sobre todo el desierto

que nos da una mejor
resolución que Parkes.

Finalmente, todos esos cables
se llevan a una unidad

que lo envía a un
supercumputadora aquí en Perth,

y ahí es donde entro yo.

(Suspiros)

Datos de radio.

He pasado los últimos 5 años

trabajando con datos muy difíciles,
muy interesantes

que en realidad
nadie había visto antes.

He pasado mucho tiempo calibrándolo,

ejecutando millones de horas
de CPU en supercomputadoras,

realmente tratando
de entender esos datos.

Y con este telescopio,

con estos datos,

hemos realizado un estudio
de todo el cielo del sur,

el Estudio MWA Galáctico
y Extragaláctico de Todo el cielo,

o GLEAM (destello), como lo llamo.

Y estoy muy emocionada.

Este estudio está cerca de ser publicado,
pero no se ha mostrado aún

por lo que son, literalmente,
las primeras personas

en ver este estudio
de todo el cielo meridional.

Estoy encantada de compartir con Uds.
algunas imágenes del estudio.

Imaginen que vienen a Murchison,

que acampaban bajo las estrellas

y miran al sur.

Ven el polo celeste del sur,

la galaxia emergiendo.

Si desvanezco a la luz de radio,

esto es lo que observamos
con nuestro estudio.

Se puede ver que el plano galáctico
ya no es oscuro con polvo.

Es iluminado
por la radiación de sincrotrón,

y miles de puntos están en el cielo.

Nuestra gran Nube de Magallanes,
nuestro vecino galáctico más cercano,

es de color naranja en lugar
de su blanco-azul más familiar.

Hay mucho que hacer en este.
Miremos más de cerca.

Si miramos hacia atrás,
hacia el centro galáctico,

donde vimos originalmente la imagen de
Parkes que mostré antes,

baja resolución, blanco y negro,

y se desvanece a la vista del GLEAM,

se puede ver que la resolución
se ha incrementado en un factor de cien.

Ahora tenemos una vista
en color del cielo,

una vista tecnicolor.

No es una visión de falso color.

Estos son los colores de radio reales.

Lo que hice fue colorear
las frecuencias más bajas de rojo

y las más altas de azul,

y las medias de verde.

Y eso nos da este
punto de vista arco iris.

Y no es solo color falso.

Los colores en esta imagen nos dicen
de los procesos físicos

pasan en el universo.

Por ejemplo, si se miran a lo largo
del plano de la galaxia,

encendida con sincrotrón,

que es de color naranja rojizo
en su mayoría,

pero si miramos muy de cerca,
vemos pequeños puntos azules.

Ahora bien, si nos acercamos,

estos puntos azules
son ionizados de plasma

alrededor de estrellas
muy brillantes,

y lo que ocurre es
que bloquean la luz roja,

por lo que aparecen de color azul.

Y estos pueden decirnos de formación
de estrellas en esta región

en nuestra galaxia.

Acabamos de verlas.

Nos fijamos en la galaxia,
y el color nos dice que están allí.

Puede ver pequeñas burbujas de jabón,

pequeñas imágenes circulares
alrededor del plano galáctico,

son los remanentes de supernovas.

Cuando explota una estrella,

su capa externa se desecha

y se desplaza hacia el exterior
en el espacio recogiendo el material,

y produce una pequeña cáscara.

Ha sido un misterio desde hace
mucho tiempo para los astrónomos

de donde son todos
los remanentes de supernova.

Sabemos que debe haber gran cantidad
de electrones de alta energía en el plano

para producir la radiación
de sincrotrón que vemos,

y creemos que son producidos
por remanentes de supernova,

pero allí no parece ser suficiente.

Afortunadamente, GLEAM es muy, muy bueno
para detectar restos de supernovas,

así que esperamos tener
un nuevo artículo pronto de esto.

Bien.

Hemos explorado nuestro
pequeño universo local,

pero quería ir más profundo,
quería ir más allá.

Yo quería ir más allá de la Vía Láctea.

Podemos ver un objeto muy interesante
en la parte superior derecha,

y esto es una galaxia de radio local,

Centaurus A.

Si nos acercamos,

podemos ver que hay dos enormes
columnas que van hacia el espacio.

Y si nos fijamos en el centro
entre las dos columnas,

verán una galaxia como la nuestra.

Es una espiral. Tiene una franja de polvo.

Es una galaxia normal.

Sin embargo, estos chorros solo
pueden ser vistos en la radio.

Si nos fijamos en lo visible, ni siquiera
sabíamos que estaban allí,

y son miles de veces más grandes
que la galaxia anfitriona.

¿Que está pasando? ¿Qué están
produciendo estos chorros?

El centro de todas las galaxias
que conocemos

es un agujero negro supermasivo.

Los agujeros negros son invisibles.
Por eso se llaman así.

Todo lo que se puede ver es la
desviación de la luz a su alrededor,

y en ocasiones, cuando una estrella
o una nube de gas entra en su órbita,

es destrozada por las fuerzas de marea,

formadas en lo que llamamos
un disco de acreción.

El disco de acreción brilla
intensamente en los rayos X,

y enormes campos magnéticos pueden
lanzar el material en el espacio

a casi la velocidad de la luz.

Así que estos chorros
son visibles en la radio

y esto es lo que recogemos
en nuestra encuesta.

Bien, hemos visto una radio galaxia.
Es bueno.

Pero si solo se observan
arriba de esa imagen,

verán otra radio galaxia.

Es un poco más pequeña, y eso es solo
porque está más lejos.

Bien. Dos radio galaxias.

Podemos ver esto. Está bien.

¿Qué pasa con
todos los demás puntos?

Es de suponer sean solo las estrellas.

No lo son.

Son todas radio galaxias.

Todos y cada uno de los puntos
en esta imagen

son una galaxia distante,

de millones a miles millones
de años luz de distancia

con un agujero negro
supermasivo en su centro

empujando el material hacia el
espacio a casi la velocidad de la luz.

Es alucinante.

Y este estudio es aún más grande
que lo que he mostrado aquí.

Si ampliamos a todo el estudio,

verán que encontré 300 000
de estas radio galaxias.

Por lo que es realmente un viaje épico.

Hemos descubierto todas estas galaxias

de vuelta a los primeros
agujeros negros supermasivos.

Estoy muy orgullosa,
y de que se publicará la próxima semana.

Bien, eso no es todo.

He explorado los confines
de la galaxia con este estudio,

pero hay algo aún más en esta imagen.

Los llevaré de vuelta
a los albores del tiempo.

Cuando se formó el universo,
que fue una gran explosión,

que dejó el universo
como un mar de hidrógeno,

hidrógeno neutro.

Y cuando las primeras estrellas
y galaxias se encendieron,

ionizaron el hidrógeno.

Por lo que el universo
pasó de neutro a ionizado.

Eso grabó una señal a nuestro alrededor.

En todas partes, nos invade,

como la Fuerza.

Debido a que sucedió hace mucho tiempo,

la señal se desplazó hacia el rojo,

así que ahora que la señal
tiene frecuencias muy bajas.

Está en la misma frecuencia
que mi estudio,

pero es muy débil.

Es una mil millonésima del tamaño de
cualquiera de los objetos en mi estudio.

Nuestro telescopio puede no ser tan
sensible como para detectar esta señal.

Sin embargo, hay un nuevo radiotelescopio.

Puedo no tener una nave espacial,

pero espero que pueda tener

uno de los mayores
radiotelescopios del mundo.

Estamos construyendo el
Grupo kilómetro cuadrado,

un nuevo radiotelescopio que va a ser
mil veces más grande que el MWA,

mil veces más sensibles,
y tiene una mejor resolución.

Debemos encontrar
decenas de millones de galaxias.

Y quizás, en el fondo de esa señal,

podré llegar a mirar las primeras
estrellas y galaxias encenderse,

el comienzo del tiempo mismo.

Gracias.

(Aplausos)