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Colombiano descubrió una estructura de hidrógeno en la Vía Láctea llamada Magdalena

Por: Nazlhy Viviana López

Un equipo de astrónomos internacionales, liderado por el astrofísico e investigador bogotano Juan Diego Soler del Instituto Max Planck de Astronomía, en Alemania, encontró una compleja red de filamentos de hidrógeno atómico, que permite observar por medio de un mapa la vista más detallada sobre la distribución de este en la Vía Láctea, por ello, entrevistamos al colombiano para que nos explique en que consiste Magdalena.

Juan Diego Soler es físico de los Andes, en la Universidad de Toronto – Canadá hizo el doctorado en el grupo de astrofísica en globo, qué significa que diseñaban telescopios para llevarlos en globos por encima de la atmósfera de la tierra, los  volaban desde Antártida, donde estuvo en dos oportunidades,  ganando una medalla al Servicio antártico del Congreso de los Estados Unidos; trabajó por 4 años en  Francia con el satélite Planck,  de la Agencia Espacial Europea que le dio todo el firmamento en ondas de microondas. Hace 4 años se encuentra en Alemania trabajando exclusivamente en el proyecto Thor con el cual realizó estas observaciones.

¿En qué consiste el descubrimiento denominado ‘Magdalena’ en la Vía Láctea? 

La galaxia es como nuestra vecindad, tenemos nubes enormes de gas de hidrógeno que existen de forma natural en el universo, por lo mismo, el hidrógeno es el elemento químico más básico y abundante del cosmos, por ejemplo, 60% de los átomos que nos componen son de hidrógeno, 90% de los átomos que constituyen al sol son de hidrógeno y en últimas se asocia a la formación del sistema solar, el sol, la tierra y nosotros por la producción de hidrógeno proveniente del Big Bang.

Lo que hicimos fue observar el hidrógeno hacia esa banda de cielo que es nuestra galaxia, encontrando una serie de filamentos, esas nubes de gas de hidrógeno no están organizadas simplemente en nubes amorfas, sino que están estructurados en filamentos, uno de esos es peculiarmente largo y aislado, al cual le colocamos el nombre Magdalena.

¿Cómo llevaron a cabo esta observación?

El hidrógeno emite luz, radiación electromagnética en frecuencia de radio 1420 megahertz o 21 cm de longitud de onda, registrada usando radiotelescopios, por esto, lo que hicimos fue medir esa transmisión en esa frecuencia, medida desde los años 50 cuando se registró por primera vez la emisión de hidrógeno, pero estos mapas para tener más detalle necesitan telescopios cada vez más grandes, para tener la resolución del mapa que publicamos hoy, usamos el telescopio de Green Bank de 100 metros de diámetro y lo combinamos con unas observaciones de un arreglo de antenas que queda en Socorro, Nuevo México llamado Very Large Array, VLA. 

Al combinar esos datos tuvimos el equivalente a un telescopio mucho más grande de uno normal, colocamos las antenas de tal modo que pudimos observar durante 4 años gran cantidad de detalles en esta banda de la Vía Láctea sin tener un telescopio tan grande, precisamente en el video se puede ver todo el firmamento en luz visible de ese pedazo de la galaxia donde descubrimos el filamento Magdalena.

¿Cuál es la importancia de descubrir estos filamentos de hidrógeno?

Hay dos formas de ver este resultado, primero estamos aprendiendo sobre nuestra vecindad en el universo, ese gas de hidrógeno que está ahí son nubes, y una nube por ejemplo como Magdalena tiene el potencial para formar miles de soles, en parte solamente buscamos saber que hay afuera, aparte al encontrar esos filamentos podemos descubrir la estructura de nuestra galaxia, se pueden observar los brazos en espiral donde se acumula el gas y dónde se van a formar estrellas después. 

La segunda parte es más complicada, resulta que no sabemos qué regula el proceso de formación de estrellas, si se coge todo el gas que está en la galaxia, se hacen mapas como el que hicimos nosotros y sacamos cuentas, cómo cuando hacen la contabilidad de una empresa, se deberían estar formando 100 estrellas al año por cierta cantidad de gas, según inferimos, pero si vemos la luz reprocesada o la cantidad de estrellas que se están formando solamente encontramos una por año, es decir, nos falta 99% del gas y no sabemos por qué. 

Esto es crítico, pues si no conocemos lo que está regulando el proceso para formar estrellas, tampoco podremos entender el proceso para formar sistemas solares o planetas, a nosotros no nos están cuadrando las cuentas, por esto, observamos qué es lo que le está pasando a ese gas, ya que este es la materia prima que tienes, por ejemplo, imagínate si tuvieras una pizzería, de la cual solamente el 1% de la masa termina en pizza, obviamente es preocupante de la misma forma nosotros estamos viendo a ver qué es lo que le está pasando al gas, como se está organizando y qué lleva a que no se produzcan tantas estrellas.

¿Cuál es la importancia de entender cómo surgen las estrellas y cómo funciona ese gas de hidrógeno?

Si nos hacemos la pregunta ¿qué hacemos los humanos aquí?, parte de la respuesta a esa pregunta es ¿por qué no hay más soles como el nuestro?, ¿por qué se formó el sol?, ¿cuál es la probabilidad de que se forme otro sol?, si por ejemplo la probabilidad fuera 100 veces mayor, pues ya hay una diferencia, tendrías 100 veces la probabilidad de que existiera un sistema solar si se formaran más estrellas, entonces ese número en particular, en últimas va a determinar la respuesta a la pregunta ¿de qué hacemos aquí?, ¿qué es lo que conspira para que nosotros existamos? y la respuesta a la pregunta más grande ¿cómo llegó a formarse la tierra o el sistema solar? basta solo con entender que es lo que le está pasando al gas en la galaxia. 

Estamos cuadrando cuentas, es decir, ¿de dónde venimos?, bueno somos 60% hidrógeno, ¿de dónde viene el hidrógeno? del Big Bang, listo preguntas solucionadas, pero ¿y después del Big Bang qué? ni idea. Esa es la pregunta que estamos solucionando de dónde viene el hidrógeno que en últimas nos formó a nosotros y está formando estrellas y sistemas solares, es simplemente eso es más un problema de formación que de futuro, es simplemente preguntar ¿cuál es la historia que nos trajo aquí? 

Cuando escuchas a un arqueólogo, este cuenta la historia con los mayas o los incas a partir de las piedras que dejaron, las construcciones, las escrituras, etc., esas son sus herramientas para construir la historia, cuando escuchas a un paleontólogo, tiene fósiles, huesos de dinosaurios, huellas y a partir de ahí construye la historia, para los astrónomos es más difícil porque no sabemos exactamente cuáles son las reliquias que te hacen contar esa historia, el problema en este caso es que la forma en la que está organizado este gas nos está dando una pista tremenda y es que no está ahí solo sino que está de una cierta manera.

¿Cómo comenzó esta investigación?

La pregunta fundamental es entender: ¿Cómo se forman las estrellas, los sistemas planetarios y todo eso?, mi jefe Henrik Beuther comenzó el proyecto con las observaciones que registraron en el radiotelescopio durante cuatro años, para tener la resolución que necesitamos tomó dos años combinar todas esas observaciones y resultados para así producir mapas de alta calidad, que son el equivalente a una cámara de miles de millones de píxeles.

Estamos tomando la crema de los datos, pero estos quedan ahí, básicamente son un legado de un equipo conformado por más de 8 países y casi 20 instituciones para ver si alguien más encuentra algo importante, en conclusión, parte de la idea de ponerle el filamento Magdalena es que no sea único, si realmente este objeto es tan importante para descifrar la historia de la galaxia, del gas que eventualmente forma estrellas, probablemente no es el único, ojalá en un futuro exista un filamento Cauca, un filamento Atrato. 

El que hace el descubrimiento coloca el nombre, ¿cómo surgió el nombre Magdalena?

La primera vez que lo vimos fue básicamente hace un año, pero en la astronomía cuando ves un objeto así, lo primero que hacemos es dudar de su existencia, porque es la forma en la que se construye la ciencia, entonces lo que hicimos fue buscar observaciones complementarias que nos indicaran que sí estaba ahí, consultamos las observaciones del Observatorio de Arecibo en Puerto Rico, con ese telescopio  se pueden hacer observaciones con una resolución mucho menor pero que ya se habían realizado, por medio de este encontramos que el filamento Magdalena estaba ahí.

Lo que hicimos después fue contrastarlo, le preguntamos a los científicos que han trabajado en otro tipo de estructuras sobre otras pruebas para confirmar que estuviese ahí, lo que hicimos fue comenzar a tirarle piedras al resultado, para ver si podría ser un artefacto que se produjo en la síntesis de las conclusiones, finalmente no fue eso, ya a comienzos de este año con el Covid, Magdalena se convirtió en una fuente de inspiración para nosotros, el hecho de poder llamarla como el río de Colombia, tiene esa parte de homenaje al corazón del país y la analogía es perfecta es como si fuera el cauce de un río, es un objeto alongado, muy largo respecto a lo ancho que es, es un nombre que se puede expandir y no es extraño.

¿Cuál es la relación del algoritmo matemático que emplearon con la astronomía?

Lo que hace un astrónomo es analizar datos, somos científicos de datos, sólo que estos tienen una característica muy particular y es que son datos del universo, en mi caso observamos imágenes, resulta que en ese mapa que hicimos tenemos condensadas 300 imágenes en una que es extremadamente larga, ni siquiera podrías verla a ojo, es imposible, si le dedicaras un segundo a cada imagen demorarías casi 8 horas viendo todas las imágenes que tenemos.

Por esto, lo que hicimos fue emplear un algoritmo de visión artificial que lo que hace es transformar las imágenes para ver en dónde hay estructuras alongadas, asimismo, usamos varios algoritmos para probar que efectivamente no sea un efecto de este, porque en últimas no es algo que puedes hacer a ojo, de hecho, con los datos crudos recién sacados buscamos cuál era el objeto más largo y ahí encontramos a Magdalena.

Podría explicarnos, ¿qué es lo que se observa en el video?

La primera imagen con la que comienza no la tomamos nosotros, sino que se logró con un satélite llamado Gaia que observó las estrellas del cielo durante siete años, esa imagen es todo el firmamento y los puntos de luz son estrellas, esa banda en la mitad que se ve es la galaxia en la que vivimos, la vía láctea. 

Los colores que se pueden ver en el video son luz en ondas de radio, y todas las manchas que pasan son nubes de hidrógeno que existen en la galaxia, todo eso vive ahí. En ultimas lo que observamos es la materia prima para hacer estrellas, todo eso es gas de hidrógeno, mientras que los puntos oscuros son hidrógeno que no pudimos recuperar porque la fuente que está detrás es demasiado brillante y nos impide reconstruirlo, la mayoría de estos son galaxias distintas a la nuestra.

Básicamente Magdalena aparece durante unos segundos, pero todos esos palitos que aparecen ahí es lo que nosotros registramos con ese algoritmo, en últimas lo que estamos haciendo es estudiar el tamaño y la distribución de esas nubes, que al observarlas no es profundidad sino velocidad, por eso al verlas se están acercando y se están alejando de ti, dando la impresión de ver un río.

Foto cortesía: THOR survey/VLA; J.D. Soler, MPIA

¿Qué explicación tiene la imagen anterior, cómo se compone y cómo se interpretaría?

En la imagen podemos observar en la parte superior, al hidrógeno atómico qué es lo que medimos y abajo, el resultado del algoritmo que producen los filamentos que utilizamos para identificar a Magdalena que no solamente es enorme, sino que también desafía cualquier proporción que tengamos de algo y es probablemente la estructura más grande de la galaxia.

¿Qué sigue después de Magdalena?

Lo que sigue es estudiar si ese objeto tiene la importancia que pensamos que tiene y si hay más, es muy particular que esté tan lejos del plano de la galaxia, que sea tan coherente, tan largo, o sea seguir haciendo seguimiento a ‘Magdalena’ y en el futuro más lejano un proyecto sobre la construcción de un radio telescopio que va a ser el más grande la tierra, para tener mapas como este con mucha más resolución.