Los astrónomos ahora saben a qué distancia está la Tierra de 200 galaxias

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CRÉDITO: NASA, ESA, CSA, STSCI

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El 11 de julio de 2022 se hizo pública la primera imagen tomada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Se llama El primer campo profundo de Webbcentrado en un cúmulo de galaxias llamado SMACS 0723 y que contiene nada menos que 7.000 galaxias.

Esta imagen ha demostrado ser un objetivo importante para estudiar la evolución de las galaxias porque contiene una gran cantidad de galaxias muy distantes que arrojan luz sobre cómo se formaron y evolucionaron las galaxias en el universo primitivo.

Sin embargo, hasta ahora en este campo faltaban mediciones precisas y completas de la distancia a las galaxias.

Un equipo de astrónomos canadienses e internacionales dirigido por el Dr. Gaël Noirot, investigador postdoctoral de la Universidad de Saint Mary en Halifax, ha inspeccionado y analizado cuidadosamente el primer campo profundo de Webb. Su estudio es publicado En el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

Los científicos, miembros del Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), utilizaron el instrumento canadiense NIRISS (Near Infra-Red Imager and Slitless Spectrograph) a bordo del JWST para recopilar espectros de las galaxias objetivo en la imagen. Estos espectros son un tipo de datos científicos creados al descomponer la luz de un objeto para revelar información adicional, como la edad o la distancia del objeto.

Seguimiento de los ‘desplazamientos al rojo’

Utilizando el instrumento NIRISS de fabricación canadiense del JWST, el equipo midió los “desplazamientos al rojo” (desplazamientos en los espectros de galaxias muy distantes hacia longitudes de onda más largas) de casi 200 galaxias cuyas distancias a la Tierra se desconocían previamente. «NIRISS es perfecto para hacer esto porque puede medir los corrimientos al rojo de cientos de galaxias simultáneamente», dijo Noirot, autor principal del estudio.

El “desplazamiento al rojo” es una medida precisa de la distancia de una galaxia basada en las firmas químicas únicas observadas en sus espectros. Debido a que el universo se está expandiendo, la luz emitida por objetos distantes como las galaxias se estira y sus características espectrales se ven en longitudes de onda más largas (es decir, más rojas) que las emitidas originalmente. Este corrimiento al rojo, que es la diferencia entre el color observado y el emitido por un objeto, revela su distancia a la Tierra.

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Esta imagen muestra el principio del corrimiento al rojo cosmológico. Como se muestra, la luz de galaxias distantes se estira en longitudes de onda más largas a medida que viaja a través de nuestro universo en expansión. Cuando se observa con un telescopio como JWST, esto hace que la luz de esas galaxias parezca más roja de lo que se emitió originalmente, ya que las longitudes de onda más largas corresponden a colores más rojos. Crédito: CSA/STScI: https://www.asc-csa.gc.ca/eng/multimedia/search/image/15614

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Esta imagen muestra el principio del corrimiento al rojo cosmológico. Como se muestra, la luz de galaxias distantes se estira en longitudes de onda más largas a medida que viaja a través de nuestro universo en expansión. Cuando se observa con un telescopio como JWST, esto hace que la luz de esas galaxias parezca más roja de lo que se emitió originalmente, ya que las longitudes de onda más largas corresponden a colores más rojos. Crédito: CSA/STScI: https://www.asc-csa.gc.ca/eng/multimedia/search/image/15614

«Nuestro trabajo en SMACS 0723, el primer campo profundo de Webb y la primera imagen científica jamás publicada por JWST, ha producido el catálogo espectroscópico JWST más grande de su tipo con mediciones confiables de corrimiento al rojo», dijo el coautor Marcin Sawicki, profesor y presidente de investigación de Canadá en Santa Maria. «Nuestro estudio publicado recientemente será un recurso valioso para la comunidad astronómica y abrirá nuevas vías de investigación», añadió Noirot.

A partir de este catálogo de corrimientos al rojo, los investigadores descubrieron muchas galaxias nuevas en el cúmulo SMACS 0723 cuya luz tardó más de 4 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Los cúmulos, que son enormes grupos de galaxias unidas por la gravedad, pueden contener hasta miles de galaxias.

El nuevo estudio ofrece una mejor comprensión de cómo evolucionan las galaxias en algunos de los entornos más extremos del universo y ofrece una idea de la distribución de la materia oscura y la evolución de las estructuras.

«Como miembros de un proyecto liderado por Canadá, estamos aún más entusiasmados de que esta mejora significativa, en comparación con estudios anteriores SMACS 0723, haya sido posible gracias a las capacidades espectroscópicas del instrumento NIRISS de fabricación canadiense a bordo del JWST», dijo a National Research. Chris Willott del Municipio, jefe del equipo CANUCS.

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«Utilizándolo en todo su potencial»

«Esta tecnología de fabricación canadiense nos permite utilizar JWST en su máximo potencial», añadió René Doyon, profesor de la Universidad de Montreal, director del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas e investigador principal del instrumento NIRISS. NIRISS fue diseñado, construido y probado en Ontario por Honeywell Aerospace, en sus instalaciones de Ottawa y Cambridge. La UdeM también aportó componentes ópticos clave.

Dentro de su gran colección de corrimientos al rojo de galaxias, los investigadores identificaron otras tres galaxias de sobredensidad a distancias mucho mayores que SMACS 0723 que no se habían visto antes en este campo. Estas sobredensidades de galaxias son potencialmente cúmulos de galaxias descubiertos recientemente y ubicados a entre 8 y 10 mil millones de años luz de distancia.

Captar estas sobredensidades galácticas en diferentes momentos cósmicos es como ver una película en cámara rápida del crecimiento de estos cúmulos, desde su infancia en un universo joven hasta el día de hoy.

Los cúmulos representan objetivos ideales para futuros estudios que permitan comprender mejor cómo las galaxias y los cúmulos en los que viven evolucionaron desde su estado en el universo primitivo hasta lo que parecen hoy, incluida nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, dicen los científicos.

Esta imagen muestra el primer campo profundo de galaxias Webb, la primera imagen científica revelada por JWST. Las galaxias que forman parte del cúmulo de galaxias SMACS 0723 aparecen predominantemente blancas en esta imagen. Las galaxias que aparecen más rojas y/o alargadas son galaxias distantes ubicadas detrás de SMACS 0723. Entre ellas, las resaltadas en azul son parte de una de las galaxias de sobredensidad recientemente descubiertas y publicadas en el nuevo catálogo de corrimiento al rojo. “The Sparkler” es una galaxia fotografiada tres veces debido a un efecto llamado lente gravitacional y cuya luz ha sido amplificada y distorsionada. Gracias a este efecto, los investigadores de CANUCS descubrieron el año pasado que esta galaxia alberga numerosas «chispas» brillantes que son potencialmente algunos de los cúmulos de estrellas más antiguos jamás observados. Las galaxias resaltadas en rojo son miembros potenciales del mismo cúmulo de galaxias recién descubierto que contiene The Sparkler. Los investigadores continuarán con Sparkler y su familia de galaxias con nuevas observaciones JWST que obtengan en este campo. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI. Sellos postales: Shannon MacFarland (SMU)

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Esta imagen muestra el primer campo profundo de galaxias Webb, la primera imagen científica revelada por JWST. Las galaxias que forman parte del cúmulo de galaxias SMACS 0723 aparecen predominantemente blancas en esta imagen. Las galaxias que aparecen más rojas y/o alargadas son galaxias distantes ubicadas detrás de SMACS 0723. Entre ellas, las resaltadas en azul son parte de una de las galaxias de sobredensidad recientemente descubiertas y publicadas en el nuevo catálogo de corrimiento al rojo. “The Sparkler” es una galaxia fotografiada tres veces debido a un efecto llamado lente gravitacional y cuya luz ha sido amplificada y distorsionada. Gracias a este efecto, los investigadores de CANUCS descubrieron el año pasado que esta galaxia alberga numerosas «chispas» brillantes que son potencialmente algunos de los cúmulos de estrellas más antiguos jamás observados. Las galaxias resaltadas en rojo son miembros potenciales del mismo cúmulo de galaxias recién descubierto que contiene The Sparkler. Los investigadores continuarán con Sparkler y su familia de galaxias con nuevas observaciones JWST que obtengan en este campo. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI. Sellos postales: Shannon MacFarland (SMU)

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La increíble ‘bengala’

El equipo CANUCS ya ha hecho un descubrimiento extraordinario dentro de uno de estos cúmulos: la magnífica galaxia Sparkler. Descubierta en septiembre de 2022, es una galaxia muy ampliada, a unos 9 mil millones de años luz de distancia, llena de lo que parecen ser los cúmulos de estrellas más antiguos que se formaron después del Big Bang.

Lo que ahora revela el nuevo catálogo de corrimiento al rojo NIRISS del equipo es que Sparkler no es una galaxia aislada, sino que reside en una de las sobredensidades galácticas recientemente descubiertas.

«El hecho de que Sparkler no viva sola sino que sea miembro de una familia de galaxias tiene implicaciones importantes sobre cómo se formaron los primeros cúmulos de estrellas después del Big Bang», dijo Sawicki, coautor del estudio anterior.

Los astrónomos de CANUCS podrán mejorar su catálogo de galaxias de corrimiento al rojo durante el segundo año de operaciones científicas de Webb, ahora en curso, ya que se les ha dado tiempo para volver a observar el primer campo profundo de Webb con mayor detalle aún con el instrumento NIRISS.

«La comunidad astronómica ha reconocido claramente el valor de nuestro primer catálogo de corrimiento al rojo NIRISS y quiere que hagamos otra versión aún mejor», dice Noirot, el investigador principal de este programa de observación.

Varios equipos independientes de científicos han utilizado el catálogo y los resultados del nuevo estudio para continuar su trabajo en el Primer Campo Profundo de Webb, y se esperan más investigaciones resultantes de los avances de CANUCS sobre la formación de galaxias, la distribución de la materia oscura y la formación de galaxias. evolución del universo.

Más información:
Gaël Noirot et al, El primer gran catálogo de corrimientos al rojo espectroscópicos en el primer campo profundo de Webb, SMACS J0723.3−7327, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad1019

Información del diario:
Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society


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