Cómo los datos del Telescopio Espacial James Webb realmente revelaron sorpresas

Massimo Pascal no planeaba estudiar el cúmulo de galaxias SMACS 0723. Pero una vez que vio el cúmulo brillando en la primera imagen del Telescopio Espacial James Webb, o JWST, él y sus colegas no pudieron evitarlo.

«Pensamos: ‘Tenemos que hacer algo'», dice Pascal, astrónomo de la Universidad de California, Berkeley. No podemos evitar analizar estos datos. Fue muy emocionante.»

El equipo de Pascal es uno de varios grupos de científicos que vieron las primeras imágenes del JWST e inmediatamente se arremangaron. En los primeros días después de que se anunciaran las imágenes y los datos utilizados para crearlo, los científicos estimaron cuánta masa contenía el cúmulo, revelaron un evento violento en el pasado reciente del cúmulo y estimaron las edades de las estrellas en galaxias mucho más lejanas. el bloque mismo.

«Nos hemos estado preparando para esto durante mucho tiempo. Yo mismo me he estado preparando durante años y no soy muy viejo”, dice Pascal, quien está en su cuarto año de estudios de posgrado. JWST «realmente definirá un nueva generación de astrónomos y una nueva generación de la ciencia en su conjunto.” .

colisión masiva

Cuando se publicó la imagen de SMACS 0723 en una sesión informativa en la Casa Blanca el 11 de julio, la mayor parte de la atención se centró en Galaxias muy distantes en el fondo (Número de serie: 7/11/22). Pero en el centro de la imagen está SMACS 0723, un grupo mucho más cercano de galaxias a unos 4.600 millones de años luz de la Tierra. Su masa desvía la luz desde más lejos, haciendo que los objetos distantes parezcan ampliados, como si su luz se transmitiera a través de la lente de otro telescopio de tamaño cósmico.

La luz de la galaxia más lejana en esta imagen comenzó su viaje hacia el JWST hace unos 13.300 millones de años, «aproximadamente en los albores del universo», dice el astrofísico Guillaume Mahler de la Universidad de Durham en Inglaterra, quien ya está usando la imagen como ampliación. de mi conocimiento.

Pero la imagen también podría completar la historia del grupo de galaxias intermedias. “La gente a veces olvida eso: el cúmulo de galaxias también es muy importante”, dice Pascal.

El equipo de Pascal y Mahler comenzó haciendo un inventario de galaxias distantes que aparecen estiradas y distorsionadas en la imagen. La luz de algunas de estas galaxias se distorsiona de modo que aparecen múltiples imágenes de la misma galaxia en diferentes lugares. El mapeo de estas galaxias multiplexadas es una prueba sensible de la forma en que la masa se distribuye alrededor del cúmulo. Esto a su vez puede Revela dónde el cúmulo contiene materia oscurala materia invisible y misteriosa que constituye la mayor parte de la masa del universo (Número de serie: 9/10/20).

Ambos grupos encontraron que SMACS 0723 es más alargado que lo que se muestra en las observaciones anteriores. También encontraron un brillo tenue, llamado luz intracúmulo, dentro del cúmulo de estrellas que no pertenecen a ninguna galaxia en particular. Juntas, estas características indican que SMACS 0723 todavía se está recuperando De Golpe relativamente reciente Junto con otros grupos de galaxias, los equipos informarán por separado en un par de documentos enviados a arXiv.org el 14 de julio.

Un cúmulo de galaxias que ha estado sentado solo durante eones debería tener una distribución circular de materia y luz dentro del cúmulo, en lugar de la forma rectangular de SMACS 0723. Es posible que las estrellas que emiten luz dentro del cúmulo se separaron de sus galaxias originales por Fuerzas gravitatorias durante la colisión.

«Dos grupos separados se han fusionado y nos parece que aún no está completamente resuelto», dice Pascal. «Lo que podríamos estar viendo es una fusión en curso».

Una sección de la imagen de campo profundo JWST con las galaxias de doble imagen marcadas con flechas
Tres ejemplos de múltiples imágenes de galaxias, marcadas con flechas blancas, rojas y amarillas, surgieron de esta pequeña región de la primera imagen del JWST. La gravedad de un grupo de galaxias en primer plano distorsionó la luz de estas galaxias, haciendo que aparecieran en al menos dos lugares a la vez.reproducido de m. Pascal y otros/arXiv.org 2022

galaxias distantes

Mapear el cúmulo del cúmulo, dice Mahler, también es necesario para descifrar las propiedades de las galaxias distantes en el fondo de la imagen. «Necesitas entender la masa y su poder de aumento para entender lo que hay detrás».

Algunos científicos ya están investigando en detalle esas galaxias distantes. Los primeros datos del JWST incluyen no solo bellas imágenes, sino también espectros, que son medidas de cuánta luz emite un objeto de diferentes longitudes de onda. Los espectros permiten a los científicos determinar la cantidad de estiramiento de la luz de un objeto distante, o el corrimiento al rojo de la luz, por expansión del universo, que es un agente para su dimensión. Estos datos también pueden ayudar a revelar la composición de la galaxia y las edades de sus estrellas.

«Lo principal que limita el estudio de la formación de estrellas en las galaxias es la calidad de los datos», dice el astrofísico Adam Karnal de la Universidad de Edimburgo. Pero con datos muy mejorados de JWST, dice, él y su equipo pudieron medir las edades de las estrellas en esas galaxias distantes.

Karnal y sus colegas centraron su atención en los espectros de galaxias distantes unos días después de que se publicara la imagen SMACS. Midieron los corrimientos al rojo de diez galaxias, cinco de ellas estaba especialmente lejos, informó el equipo en un documento enviado a arXiv.org el 18 de julio. Una de ellas ya ha sido marcada como la galaxia más distante jamás vista, con la luz emitida apenas 500 millones de años después del Big Bang hace 13.800 millones de años. Los otros cuatro brillaron hasta 1.100 millones de años después del Big Bang.

Las 10 galaxias eran relativamente pequeñas cuando emitieron la luz que recogió JWST, dice Karnal. Todos habían activado su formación estelar hace unos millones de años. Esto no es particularmente sorprendente, pero es interesante.

«Poder mirar estas pequeñas galaxias tenues… te da una idea de cómo deberían verse todas las galaxias cuando comienzan a formar estrellas», dice Karnal.

Los científicos esperan usar JWST para encontrar los primeros casos de formación de estrellas de la historia. Otros resultados iniciales sugieren que, de hecho, se están acercando.

Algunas galaxias en la imagen JWST de otro grupo puedes escuchar de antes, 300 millones de años después del Big Bang, informan dos equipos de investigación en dos artículos enviados a arXiv.org el 19 de julio. Una de estas galaxias parece haber formado ya un disco espiral con una masa de más de mil millones de veces la del Sol, lo que es sorprendentemente maduro para una galaxia tan temprana.

El número de galaxias vistas en SMACS 0723 indica esto Galaxias con discos madurosEn lugar de manchas desorganizadas o compuestas principalmente de materia oscura, quizás más comunes en el universo primitivo de lo que se pensaba anteriormente, otro equipo presentó en un artículo de arXiv.org el 19 de julio. Esto significa que estos primeros ajustes pueden no ser tan extremos. .

«Estas galaxias son sin duda un gran problema, pero queda por ver qué tan emocionantes se verán en el transcurso de unos meses de progreso con JWST», dice Karnal. Lo mejor está por venir.

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