Detectan el objeto más gigantesco del Universo usando el Lyman-Alpha Forest

Cuando los científicos observaron la luz proveniente de uno de los quásars más lejanos y la analizaron mediante espectroscopios, notaron de inmediato una anomalía que no esperaban hallar.

Sabían que una línea espectral específica emitida por este quásar sería absorbida parcialmente por el medio intergaláctico mientras recorría en el Universo la enorme distancia que nos separa de él. Pero descubrieron también la presencia de este cuerpo, cosa u objeto gigantesco que se interponía en ese camino. Un objeto de proporciones monstruosas. Cuerpo celeste o cosa que demostró ser el más grande descubierto hasta la fecha en el Universo.

¿Qué es el Lyman Alpha Forest?

El  Lyman Alpha Forest traducido como bosque de Lyman-alfa es un conjunto de líneas de absorción que se generan entre la transición Lyman-alfa del hidrógeno neutro y la localización del emisor desplazada al rojo de esta transición en el espectro de un cuásar o una galaxia lejana.

Estas líneas de absorción se producen por las nubes de hidrógeno neutro que se encuentran entre nosotros y el objeto emisor distante. Debido a la Ley de Hubble, los objetos presentan un desplazamiento al rojo de sus líneas espectrales proporcional a la distancia a la que se encuentran del receptor, en este caso los instrumentos de medición terrestres. Al encontrarse la luz emitida por el cuásar con una nube de hidrógeno se produce una absorción Lyman-Alpha al desplazamiento al rojo que le corresponde a la nube. De esta manera se observan diferentes líneas de absorción correspondientes a nubes a distintas distancias. Y esas líneas de absorción serán más o menos intensas según la densidad del hidrógeno encontrado. De manera que una nube de gas difusa ocasionará una leve caída en la línea Lyman-Alpha que le corresponda a su desplazamiento al rojo, mientras que una galaxia ocasionará una caída mucho más brusca. El conjunto de estas líneas (bosque) se encuentra entre la línea Lyman-Alpha del cuásar (muy desplazado al rojo) y zona donde se encontraría la línea a una distancia nula (sin desplazamiento al rojo; 121,6 nm).

Este bosque de líneas nos permite comprobar las propiedades del medio intergaláctico al poder observar regiones que de otro modo serían imposibles de detectar. Estas regiones se encuentran a distintas distancias y ocasionan un muestreo de las distintas edades del Universo, de esta manera se pueden usar para realizar estudios cosmológicos.

La densidad de líneas en el bosque de Lyman-Alpha aumenta con el desplazamiento al rojo (z), hasta que a z aproximadamente igual a 6 hay tanto hidrógeno neutro en el medio intergaláctico que las líneas de absorción se funden en un canal denominado de Gunn-Peterson. La aparición de este efecto señala el fin de la época de reionización del universo.

Gracias a el estudio de estas líneas se han podido medir, como se detalla en el video, estructuras inmensas de hidrógeno que aún no han podido ser develadas por la comunidad científica. En la gráfica anterior se muestra esta zona donde el Lyman-Alpha Forest ha sido absorbido completamente por una estructura de 160 Mpc, mucho mayor a cualquier cosa que se ha medido en este Universo.

ACLARACION: Las animaciones finales que se muestran en el video no son del objeto misterioso, son CGI (suposiciones de cómo sería). Se aclara esto aunque no sería necesario porque claro, este objeto se ha medido indirectamente y no ha sido detectado con telescopios ni visto mediante otras longitudes de onda.

¿Por qué es tan importante la línea Lyman-Alpha?

La línea del hidrógeno Lyman-Alpha corresponde a la luz emitida por el átomo de hidrógeno excitado al segundo nivel de energía. Es decir, cuando ocurre una transición cuántica entre el nivel 1 y el 2. Esta radiación, como se mencionó, es de 121,6 nanómetros. La línea Lyman-Alpha es la primera de la llamada serie de Lyman, nombrada en honor a su descubridor, Teodore Lyman.

La serie de Balmer, nombrada en honor a Johann Balmer, también corresponde a luz emitida por hidrógeno excitado. En este caso, el electrón realiza una interacción cuántica al primer nivel de excitación. La primera línea en esta serie es la denominada línea H-Alpha, emitida o absorbida a los 656,3 nanómetros.

Como la inmensa mayoría de los átomos de hidrógeno presentes en las galaxias y en el espacio intergaláctico están en el nivel fundamental de energía, la línea Lyman-Alpha es absorbida más eficientemente que otras líneas como la H-Alpha, la que requiere átomos con un electrón ubicado en el segundo nivel. Como esto es muy poco común en el hidrógeno que constituye el medio interestelar frío en estas galaxias o el medio intergaláctico, el gas es casi perfectamente transparente para la luz H-Alpha y a otras bandas del espectro.

Series del Hidrógeno. Falta la serie de Pfund, situada más allá de la de Brackett, con transiciones al nivel 5

Fuentes:
Conferencia del Dr. George Becker