EL RADIO AL ROJO

ESPECIAL 1999

Curso: Radiogalaxias a alto corrimiento al rojo

Prof. Steve G. Rawlings
Universidad de Oxford
REINO UNIDO

"Los programas HDF (Hubble Deep Field) han tenido un éxito extraordinario. Han producido resultados científicos sobresalientes y, dada la forma en que se obtuvieron, analizaron y distribuyeron los datos, contribuyeron a cambiar el modo en que deberían llevarse los grandes proyectos. Sin embargo, ha habido otros programas recientes de importancia al menos comparable; el HDF ha demostrado ser muy interesante, pero es fundamental que sea considerado como parte de un esfuerzo observacional mucho más amplio. Steidel y sus colaboradores han encontrado casi un millar de galaxias a corrimientos al rojo de en torno a 3, y el descubrimiento de que se encuentren fuertemente agrupadas indica lo peligroso de basarse únicamente en observaciones profundas de pequeñas regiones del cielo; demuestra, además, que aún queda mucho por andar en la receta astronómica clásica para obtener imágenes de gran campo con un telescopio ‘pequeño’ y hacer el seguimiento espectroscópico con uno grande. Otro avance clave ha sido la cámara SCUBA del JCMT, un hito tecnológico que ha facilitado la detección de galaxias lejanas con formación estelar explosiva con gran cantidad de polvo (donde se produce formación estelar cosmológicamente significativa). Esto viene a ilustrar la importancia de observar en todo (y quizá también más allá) el espectro electromagnético. Son lecciones a tener en cuenta en el futuro. Basta con mirar una imagen simulada del NGST para que nos cautive su potencial científico, pero puedo garantizar que no nos dirá todo lo que queremos saber acerca del Universo temprano, y lo que pueda decirnos quizá nos desoriente a menos que sea interpretado holísticamente. Es evidente la necesidad de mejorar la capacidad de observación: para buscar y estudiar objetos a corrimientos al rojo superiores a diez, por ejemplo, los astrónomos necesitarán instrumentación espectroscópica sensible en el rango milimétrico. Dejando aparte los proyectos millonarios y teniendo en cuenta la necesidad de apoyar la labor de mapeado con telescopios más pequeños, nos sorprendería el impacto que pueden tener los telescopios más baratos y convenientemente situados. Un ejemplo fascinante es el efecto Sunyaev-Zeldovich que, supuestamente, constituye la forma más limpia de estudiar la evolución de los cúmulos de galaxias hasta altos corrimientos al rojo. Dado que el efecto SZ se da a escalas angulares grandes, el instrumento que los astrónomos tienen que construir es un interferómeto formado por antenas pequeñas (y por tanto baratas) cuyo coste es al menos tres órdenes de magnitud inferior al del NGST."

"Es realmente asombroso cómo han cambiado las cosas desde aquellos ‘viejos tiempos’, hace tan sólo cinco años, en que los cuásares y las radiogalaxias eran los únicos objetos conocidos a corrimientos al rojo significativamente superiores a uno. Da mucho que pensar (aunque es en cierto modo un alivio) ver cómo la primera área de investigación de uno se pasa de moda con tanta rapidez. Entre aquellos de nosotros que decidimos continuar trabajando en galaxias activas a alto corrimiento al rojo el tener que replantearse su papel cosmológico estaba a la orden del día. El resultado de ese replanteamiento me lleva a sospechar que las radiogalaxias a alto corrimiento al rojo podrían de repente volver a ponerse de moda. En cuanto que sondas cosmológicas, las fuentes de radio tienen una ventaja fundamental frente a, por ejemplo, los cuásares: podemos calcular su edad con bastante certeza; y sus edades son cortas, en torno al millón de años a altos corrimientos al rojo. La capacidad de calcular las edades significa que podemos convertir la evolución de la densidad espacial en la evolución de la tasa de producción de AGN, y la inevitable juventud de las radiogalaxias de alto corrimiento al rojo significa que podemos mapear la evolución cósmica de esa tasa de producción con una alta resolución temporal. Las observaciones de la estructura, el índice espectral de radio y la polarización de los lóbulos de radio a alto corrimiento al rojo proporcionan una valiosa información sobre los entornos gaseosos a alto corrimiento al rojo que estamos empezando a utilizar con eficacia.

Sin embargo, el papel de las fuentes de radio en cosmología podría ser más importante que su mera función de sondas para conocer el Universo temprano. Las radiofuentes potentes irradian tanta energía en movimientos cinéticos de choque hacia afuera, sus chorros, como la energía radiada por los cuásares más potentes, y probablemente esas emisiones se mantienen por mucho más tiempo del que el objeto permanece como radiofuente brillante o del tiempo que tiene un núcleo de cuásar brillante en el óptico. Estas emisiones podrían ser una fuente significativa de entropía para el gas en el Universo y podría suponer un mecanismo de feedback fundamental para regular la formación y evolución de las galaxias masivas y sus cúmulos asociados."

"La respuesta corta a la pregunta es lamentablemente ‘no’, si bien parece que nos encontramos en un período en el que nuestros conocimientos están aumentando rápidamente. En cuanto a la formación de galaxias activas, los últimos años han sido testigos del desarrollo, por parte de diversos grupos, de modelos ‘semianalíticos’ que funcionan a base de encajar simples prescripciones de procesos físicos como la formación estelar y la alimentación de los AGN en un modelo estándar de la formación de estructura impulsada por gravedad. Los primeros intentos de explicar la evolución de las galaxias activas son muy alentadores, si bien hasta la fecha sólo producen tendencias evolutivas generales evidentes a partir de los datos. Una pequeña preocupación en torno a los modelos semianalíticos es que incluyen numerosos parámetros libres, de modo que incluso datos observacionales equívocos, especialmente las primeras versiones de la curva de la tasa formación estelar global en función del corrimiento al rojo, pueden encajar perfectamente en el modelo.

No obstante, los expertos en este campo me aseguran que el enfoque semianalítico se ha madurado hasta el punto de que las predicciones del modelo chocan significativamente con los datos observacionales, poniendo de manifiesto la existencia de problemas de incorrección o de falta de física, o dificultades en el modelo cosmológico de formación de estructura. Yo sospecho que la incorporación del feedback de AGN, representando tanto la energía irradiada como las emisiones de energía cinética de un objeto central en acreción, resultarán fundamentales a la hora de resolver estas dificultades. Merece la pena recordar que los modelos no recogen aún aspectos importantes de la física, como por ejemplo la influencia del campo magnético en la formación de estructura. En la evolución de los AGN ha habido también avances importantes en los últimos tiempos. Sabemos algo más sobre las características generales responsables de la evolución temporal de la luminosidad en radio de las radiogalaxias potentes, aunque existen incertidumbres significativas sobre su entorno: los futuros satélites de rayos X estudiarán el gas que rodea los lóbulos de radio y despejarán esta incógnita. Aún no hay consenso acerca de los aspectos básicos de la evolución de los cuásares que no emiten en radio, o sobre cómo congeniar las poblaciones que emiten en radio con las que no presentan emisión en este rango del espectro."

"La comunidad astronómica en su conjunto (no sólo los radioastrónomos) consideran la construcción del ALMA (Atacama Large Millimeter Array) de muy alta prioridad para la futura investigación del Universo temprano. Con una sensibilidad y unos límites de resolución superiores en un orden de magnitud a los de la instrumentación actual, será un instrumento realmente revolucionario. Mientras SCUBA trata de observar con dificultad las galaxias más prodigiosas con brotes de formación estelar a alto corrimiento al rojo, ALMA detectará galaxias no más extremas que nuestra propia Vía Láctea. Con espectroscopía en ondas milimétricas de galaxias de alto corrimiento al rojo podremos estudiar las curvas de rotación del material molecular de sus discos galácticos y, utilizando objetos sometidos al efecto de lente gravitatoria, estudiaremos regiones circunnucleares de formación estelar; estas observaciones nos proporcionarán medidas dinámicas de las masas de las galaxias y sus agujeros negros en función del corrimiento al rojo. Asimismo, podremos realizar los primeros estudios serios de masas de gas y de polvo en función del tiempo cósmico y de la masa de la galaxia, determinando si alguna galaxia puede considerarse una caja cerrada o si, por el contrario, todas están sujetas a procesos de aporte o emisión de material gaseoso. Quizá ALMA pudiera ser el instrumento indicado para acometer estudios de objetos en el Universo en épocas correspondientes a corrimientos al rojo superiores a diez. Objetos que resulten invisibles en el óptico por el corrimiento al rojo y por efectos de oscurecimiento podrían convertirse en potentes fuentes de emisión milimétrica continua en la que se superponen varias líneas de emisión y de absorción. De este modo, ALMA podría convertirse en el instrumento fundamental para medir el corrimiento al rojo a valores muy altos. Sólo con él podremos acercarnos a algo parecido a una visión completa de la evolución de la formación estelar con el corrimiento al rojo.""

PERFIL

STEVEN GREGORY RAWLINGS nació el 11 de octubre de 1961.

Estudió Física y Física Teórica en la Universidad de Cambridge y se doctoró en Radioastronomía en 1988.

Desde entonces Rawlings ha ocupado varios cargos de relevancia en las universidades de Cambridge y Oxford (Director de los Estudios de Matemáticas para Ciencias Naturales en Cambridge; SERC Advanced Fellow en Astrofísica, en Oxford, entre otros).

Con una dilatada experiencia docente, tanto a nivel de licenciatura como de postgrado, ha impartido clases sobre temas como mecánica teórica, física matemática, teoría cuántica, electrónica o informática.

Su actividad investigadora se centra en el estudio de la evolución de las galaxias y los núcleos activos de galaxias (AGN); en las galaxias a alto corrimiento al rojo y los cuásares; los límites observacionales a los modelos cosmológicos; los cúmulos ricos de galaxias: formación, propiedades y evolución; lentes gravitatorias; la física de las radiofuentes extragalácticas, chorros y AGN; y el estudio de la relación entre la formación estelar y la actividad en radio y de los AGN .

Ha sido miembro, entre otros, del Comité de Asignación de Tiempo del UKIRT (1992-1995, 1999-); del Comité del Telescopio de Rayos X ROSAT (1995-1998); del Grupo de Trabajo Gemini (1997); Presidente del Grupo de Trabajo Británico de Cosmología del LMA (1998), y miembro del Comité de Evaluación Científica del PPARC (1997,1999).