El cofre del tesoro: APOGEE

• Título: The Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE).
• Autores: Steven R. Majewski, Ricardo P. Schiavon, Peter M. Frinchaboy, et al. (más de 70 coautores).
• Institución del primer autor: Dept. of Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, VA (hay 50 instituciones representadas entre todos los coautores).
• Estado: Enviado a The Astronomical Journal.
• Astrobite original: The APOGEE Treasure Trove, por Meredith Rawls.

El Observatorio de Apache Point en Sunspot, NM. El telescopio de 2.5 m de diámetro utilizado para SDSS se encuentra a la derecha de la imagen, apuntando hacia el centro de la Vía Láctea. La luna llena y la contaminación lumínica de El Paso no detienen la campaña de APOGEE.  (Figura 15 del manuscrito.)

¿Qué es blanco, negro y rojo… y pasó tres años observando el cielo? Es APOGEE (the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), una campaña de tres años para obtener medio millón de espectros infrarrojos de 146.000 estrellas usando un telescopio de 2.5 m de diámetro en Nuevo México.

¿Blanco y negro? Como se ve abajo, los espectros de APOGEE se ven en blanco y negro, pero las apariencias engañan. Cada banda horizontal es el espectro de una estella, cubriendo un rango de colores más rojos de lo que puede observar el ojo humano. Para obtener todos estos espectros en una sola imagen como se muestra abajo, se utlizan cables de fibra óptica adosados a placas de metal, las cuales están perforadas especialmente para permitir que entre la luz de muchas estrellas cuando el telescopio apunta a una determinada región del cielo. Cada estrella tiene una fibra asignada, que corresponde a una banda en el detector. Una imagen como ésta permite que APOGEE obtenga datos sobre una multitud de estrellas muy rápidamente.

Parte de una imagen “cruda” de APOGEE correspondiente a observaciones del bulbo de la Vía Láctea.  Cada banda horizontal es una porción del espectro infrarrojo de una estrella. El eje x se corresponde con la longitud de onda una vez que  los espectros son procesados. Las líneas verticales brillantes que se repiten de estrella a estrella se deben a emisión de moléculas en el aire, mientras que las líneas verticales oscuras se deben a absorción por la atmósfera terrestre. Las líneas verticales que varían de estrella a estrella son líneas de absorción de diferentes elementos de la composición estelar particular. Estrellas más o menos brillantes se alternan a propósito para evitar que se contaminen las mediciones de las unas por las otras. (Figura 14 del manuscrito.)

¿Y el rojo? El artículo que describimos hoy acompaña el último anuncio de datos públicos, DR12, de la campaña del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), una gran colaboración que incluye al proyecto APOGEE. Además de enforcarse en observar estrellas gigantes rojas a través de su espectro infrarrojo, todos los datos de APOGEE se encuentran ahora disponibles para el público de manera gratuita. Pero más aún, el equipo de APOGEE ha estado trabajando duro.

Estudiando nuevos horizontes galácticos en el infrarrojo-cercano

APOGEE está diseñado principalmente para observar gigantes rojas evolucionadas en la Vía Láctea usando la luz infrarroja. ¿Por qué es esto especial? Antes que todo, las gigantes rojas son algunas de las estrellas más brillantes, por lo que es posible verlas hasta distancias mayores que las estrellas parecidas al Sol. Segundo, la luz infrarroja no es bloqueada por el polvo de la misma manera que la luz visible. Debido a ello, APOGEE puede llegar a observar estrellas cerca del centro Galáctico, que en la banda óptica hubiesen sido oscurecidas por los gruesos carriles de polvo.  Esto es realmente importante si se desea entender cuán diferentes son los comportamientos de las poblaciones de estrellas que habitan nuestra Galaxia.

Mapeando velocidad y composición

Debido a que APOGEE mide espectros de las estrellas, y no toma imágenes, cada observación contiene muchísima información. Los espectros nos dicen cuán rápido una estrella se mueve acercándose o alejándose de nosotros (su velocidad radial), cuán caliente es una estrella, cuál es su gravedad superficial y de qué elementos está hecha. Gran parte del trabajo ha ido en diseñar un método para procesar los datos espectrales y recuperar esta información de manera confiable, dado que no es práctico estar analizando cada una de los cientos de miles de estrellas a mano.

APOGEE observa cada estrella al menos tres veces para chequear si su luminosidad varía. (Por ejemplo, las estrellas binarias tienen diferentes velocidades radiales en diferentes instantes, y el equipo de APOGEE quiere excluir este tipo de estrellas en su estudio de los movimientos estelares a través de la Galaxia.) Las figuras presentadas más abajo muestran un subconjunto de las estrellas mapeadas por APOGEE y cómo varían en velocidad radial (arriba) y composición química (o sea, metalicidad, abajo). Las estrellas en ambas figuras se encuentran a una distancia máxima de 2  kiloparsecs por arriba o por debajo del disco de la Vía Láctea. Esencialmente, se está observando una banda alrededor del plano central de la Vía Láctea.  No existen observaciones del cuadrante inferior derecho de las figuras, debido a que esta región sólo puede observarse desde el hemisferio sur de la Tierra.

Un mapra de las estrellas observadas por APOGEE; los colores indican velocidad radial.  El Sol se encuentra en el centro de la “corona” de observaciones y su velocidad radial se define igual a cero (en verde).  Una imagen artística de la Vía Láctea se incluye como referencia. Esta figura indica, pues, cómo la Galaxia rota en su conjunto. El Sol se mueve con la Galaxia y los movimientos relativos de las otras estrellas dependen de cuán lejos se encuentra de nosotros. (Figura 24 del manuscrito.)

Un mapa de las estrellas observadas por APOGEE; el color indica la metalicidad.  Como más arriba, el Sol se encuentra en el centro de la “corona” de observaciones y una imagen artística de la Vía Láctea ha sido incluida a manera de contexto. El Sol tiene, por definición, metalicidad nula (verde). Las estrellas que tienen más enriquecimiento químico que el Sol se observan en rojo; y las estrellas más pobres en metales se muestran en azul.  Esta figura demuestra la existencia de una gradiente de metalicidad en nuestra Galaxia. (Figura 25 del manuscrito.)

Juntos, mapas como éstos nos dan una visión sin precedentes del pasado, presente y futuro de la Vía Láctea gracias a la combinación de información cinemática y química de las estrellas. Gracias el éxito de APOGEE, ya hay planes de llevar a cabo la campaña APOGEE-2 en el hemisferio sur, usando un telescopio en Chile. Este cofre del tesoro seguramente nos traerá nuevos descubrimientos en los años venideros.