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Domingo, enero 29, 2023

El telescopio espacial James Webb revela los cúmulos estelares más antiguos del universo

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Miles de galaxias inundan esta imagen de alta resolución en el infrarrojo cercano del cúmulo de galaxias SMACS 0723. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI


Un equipo de astrónomos utilizó el Telescopio James Webb (JWST) para identificar el más lejano cúmulos globulares alguna vez descubierto. Estos densos grupos de millones de estrellas pueden ser reliquias que contengan las primeras y más antiguas estrellas del universo.

El análisis inicial de la primera imagen de campo profundo de Webb, que muestra algunas de las primeras galaxias del universo, se publicó recientemente en Las cartas de la revista astrofísica. El trabajo fue realizado por un equipo de astrónomos canadienses, incluidos expertos del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Toronto.


"JWST se construyó para encontrar las primeras estrellas y las primeras galaxias y para ayudarnos a comprender los orígenes de la complejidad en el universo, como los elementos químicos y los componentes básicos de la vida", dice Lamiya Mowla, investigadora postdoctoral en el Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica y coautor principal del estudio, que fue realizado por el equipo canadiense NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS).

"Este descubrimiento en el Primer Campo Profundo de Webb ya proporciona una visión detallada de la fase más temprana de la formación de estrellas, lo que confirma el increíble poder de JWST".

Los investigadores estudiaron la galaxia Sparkler ubicada en el Primer Campo Profundo de Webb y utilizaron JWST para determinar que cinco de los objetos brillantes a su alrededor son cúmulos globulares. Crédito: Imagen vía Agencia Espacial Canadiense con imágenes de NASA, ESA, CSA, STScI; Mowla, Iyer et al. 2022


En la imagen finamente detallada del primer campo profundo de Webb, los astrónomos se concentraron rápidamente en lo que llamaron "la galaxia Sparkler". Ubicada a nueve mil millones de años luz de distancia, esta galaxia recibió su nombre de los objetos compactos que aparecen como pequeños puntos amarillos y rojos que la rodean, a los que los investigadores se refieren como "destellos". El equipo de investigación determinó que estos destellos podrían ser cúmulos jóvenes que forman activamente estrellas, nacidas tres mil millones de años después de la

Big Bang
El Big Bang es el principal modelo cosmológico que explica cómo comenzó el universo tal como lo conocemos hace aproximadamente 13.8 millones de años.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Big Bang en el pico de la formación de estrellas, o cúmulos globulares antiguos. Los cúmulos globulares son colecciones antiguas de estrellas de la infancia de una galaxia y contienen pistas sobre sus primeras fases de formación y crecimiento.

A partir de un análisis inicial de 12 de estos objetos compactos, el equipo de investigadores determinó que cinco de ellos no son solo cúmulos globulares, sino que se encuentran entre los más antiguos conocidos.

“Observar las primeras imágenes del JWST y descubrir viejos cúmulos globulares alrededor de galaxias distantes fue un momento increíble, algo que no fue posible con anteriores

telescopio espacial Hubble
El Telescopio Espacial Hubble (a menudo denominado Hubble o HST) es uno de los Grandes Observatorios de la NASA y fue lanzado a la órbita terrestre baja en 1990. Es uno de los telescopios espaciales más grandes y versátiles en uso y cuenta con un espejo de 2.4 metros y cuatro instrumentos principales que observan en las regiones ultravioleta, visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético. Lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Imágenes del telescopio espacial Hubble”, dice Kartheik G. Iyer, investigador postdoctoral en el Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica y coautor principal del estudio.

“Dado que pudimos observar los destellos en un rango de longitudes de onda, pudimos modelarlos y comprender mejor sus propiedades físicas, como la edad que tienen y cuántas estrellas contienen. Esperamos que el conocimiento de que los cúmulos globulares se pueden observar desde distancias tan grandes con JWST estimule más la ciencia y la búsqueda de objetos similares”.


Los astrónomos utilizan lentes gravitacionales para estudiar galaxias muy distantes y muy débiles. Crédito: NASA, ESA y L. Calçada

los

Milky Way
La Vía Láctea es la galaxia que contiene nuestro Sistema Solar y recibe su nombre por su apariencia desde la Tierra. Es una galaxia espiral barrada que contiene un estimado de 100 a 400 mil millones de estrellas y tiene un diámetro de entre 150,000 200,000 y XNUMX XNUMX años luz.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Se sabe que la Vía Láctea tiene alrededor de 150 cúmulos globulares, pero cómo y cuándo exactamente estos densos cúmulos de estrellas formados no se entiende bien. Los astrónomos saben que los cúmulos globulares pueden ser extremadamente antiguos, pero es increíblemente difícil medir sus edades. El uso de cúmulos globulares muy distantes para fechar la edad de las primeras estrellas en galaxias distantes no se ha hecho antes y solo es posible con JWST.

"Estos cúmulos recién identificados se formaron cerca de la primera vez que fue posible formar estrellas", dice Mowla. “Debido a que la galaxia Sparkler está mucho más lejos que nuestra propia Vía Láctea, es más fácil determinar las edades de sus cúmulos globulares. Estamos observando la bengala tal como era hace nueve mil millones de años, cuando el universo tenía solo cuatro mil quinientos millones de años, observando algo que sucedió hace mucho tiempo. Piense en ello como adivinar la edad de una persona en función de su apariencia: es fácil notar la diferencia entre un niño de cinco y 10 años, pero difícil notar la diferencia entre uno de 50 y 55 años".

Hasta ahora, los astrónomos no podían ver los objetos compactos circundantes de la galaxia Sparkler con el Telescopio Espacial Hubble. Esto cambió con la mayor resolución y sensibilidad de JWST, revelando los pequeños puntos que rodean la galaxia por primera vez en la primera imagen de campo profundo de Webb. La galaxia Sparkler es especial porque se magnifica por un factor de 100 debido a un efecto llamado lente gravitacional, donde el cúmulo de galaxias SMACS 0723 en primer plano distorsiona lo que hay detrás, como una lupa gigante. Además, las lentes gravitacionales producen tres imágenes separadas de Sparkler, lo que permite a los astrónomos estudiar la galaxia con mayor detalle.

Desde la izquierda: Kartheik Iyer, Vince Estrada-Carpenter, Guillaume Desperez, Lamiya Mowla, Marcin Sawicki, Victoria Strait, Gabe Brammer y Kate Gould (en la pantalla de la computadora portátil), Ghassan Sarrouh, Chris Willott, Bob Abraham, Gael Noirot, Yoshi Asada, Nick Martis, crédito: foto cortesía de Lamiya Mowla y Kartheik Iyer

"Nuestro estudio del Sparkler destaca el tremendo poder de combinar las capacidades únicas de JWST con el aumento natural que ofrece la lente gravitacional", dice el líder del equipo de CANUCS, Chris Willott, del Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica Herzberg del Consejo Nacional de Investigación. "El equipo está entusiasmado con más descubrimientos por venir cuando JWST ponga su mirada en los cúmulos de galaxias CANUCS el próximo mes".

Los investigadores combinaron nuevos datos de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de JWST con datos de archivo del Telescopio Hubble Scape. NIRCam detecta objetos tenues utilizando longitudes de onda más largas y más rojas para observar más allá de lo que es visible para el ojo humano e incluso para el telescopio espacial Hubble. Tanto los aumentos debidos a la lente del cúmulo de galaxias como la alta resolución de JWST son los que hicieron posible la observación de objetos compactos.

El instrumento Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) de fabricación canadiense en el JWST proporcionó una confirmación independiente de que los objetos son viejos cúmulos globulares porque los investigadores no observaron líneas de emisión de oxígeno: emisiones con espectros medibles emitidos por cúmulos jóvenes que están activamente formando estrellas. NIRISS también ayudó a desentrañar la geometría de las imágenes de triple lente del Sparkler.



“El instrumento NIRISS fabricado en Canadá de JWST fue vital para ayudarnos a comprender cómo se conectan las tres imágenes de Sparkler y sus cúmulos globulares”, dice Marcin Sawicki, profesor de Saint. Mary's University, quien es presidente de investigación de Canadá en astronomía y coautor del estudio. "Al ver tres imágenes de varios de los cúmulos globulares de Sparkler, quedó claro que están orbitando alrededor de la galaxia Sparkler en lugar de estar simplemente frente a ella por casualidad".

JWST observará los campos CANUCS a partir de octubre de 2022, aprovechando sus datos para examinar cinco cúmulos masivos de galaxias, alrededor de los cuales los investigadores esperan encontrar más sistemas de este tipo. Los estudios futuros también modelarán el cúmulo de galaxias para comprender el efecto de lente y ejecutar análisis más sólidos para explicar las historias de formación de estrellas.

Referencia: “The Sparkler: Evolved High-redshift Globular Cluster Candidates Captured by JWST” por Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath y Johannes Zabl, 29 de septiembre de 2022, Las cartas de la revista astrofísica.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac90ca

Las instituciones colaboradoras incluyen la Universidad de York e instituciones en los Estados Unidos y Europa. La investigación fue apoyada por la Agencia Espacial Canadiense y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá.



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