Publicado: 
20 de enero de 2022

El telescopio espacial James Webb capturará cada brillo de las galaxias

Esta imagen de la galaxia espiral NGC 3351 combina observaciones de varios observatorios para revelar detalles sobre sus estrellas y gas. Créditos: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO (ciencia); Joseph DePasquale, de STScI (procesamiento de imágenes)
Esta imagen de la galaxia espiral NGC 3351 combina observaciones de varios observatorios para revelar detalles sobre sus estrellas y gas. Las observaciones de radio del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) muestran gas molecular denso en magenta. El instrumento Explorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSE, por sus siglas en inglés) del Very Large Telescope (que se traduce literalmente como telescopio muy grande) destaca, en rojo, dónde las estrellas masivas jóvenes iluminan su entorno. Las imágenes del telescopio espacial Hubble resaltan las líneas de polvo en blanco y las estrellas recién formadas, en azul. Las imágenes infrarrojas de alta resolución del telescopio espacial Webb ayudarán a los investigadores a identificar dónde se están formando las estrellas detrás del polvo y estudiar las primeras etapas de formación estelar en esta galaxia. Créditos: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO (ciencia); Joseph DePasquale, de STScI (procesamiento de imágenes)

Las espirales son algunas de las formas más cautivadoras del universo. Aparecen en los caracoles marinos, en telarañas cuidadosamente construidas e incluso en los rizos de las olas del océano. Las espirales en escalas cósmicas, como se ven en las galaxias, son aún más llamativas, no solo por su belleza, sino también por la abrumadora cantidad de información que contienen. ¿Cómo se forman las estrellas y los cúmulos estelares? Hasta hace poco, una respuesta completa estaba fuera de nuestro alcance, ya que el gas y polvo la bloqueaba. En su primer año de operaciones, el telescopio espacial James Webb de la NASA ayudará a los investigadores a completar un esquema más detallado del ciclo de vida estelar de 19 galaxias, con imágenes de luz infrarroja de alta resolución.

El telescopio también proporcionará algunas “piezas de rompecabezas” clave que faltaban hasta ahora. “JWST toca muchas fases diferentes del ciclo de vida estelar, todo en una resolución tremenda”, dijo Janice Lee, científica jefe del Observatorio Gemini en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencia en Tucson, Arizona. “Webb revelará la formación estelar en sus etapas más tempranas, justo cuando el gas colapsa para formar estrellas y calienta el polvo circundante”.

A Lee se unen David Thilker de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, Kathryn Kreckel de la Universidad de Heidelberg en Alemania y otros 40 miembros del programa de sondeo de longitud de onda múltiple conocido como PHANGS (las siglas en inglés para Física en alta resolución angular en galaxias cercanas). ¿Su misión? No solo desentrañar los misterios de la formación estelar con imágenes infrarrojas de alta resolución de Webb, sino también compartir los conjuntos de datos con toda la comunidad astronómica para acelerar el descubrimiento.

Los ritmos de la formación estelar

PHANGS es novedoso, en parte, porque reunió a más de 100 expertos internacionales para estudiar la formación estelar de principio a fin. Están apuntando a galaxias que se pueden ver de frente desde la Tierra y que están, en promedio, a 50 millones de años luz de distancia. La gran colaboración comenzó con imágenes de luz de microondas de 90 galaxias, del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile. Los astrónomos usan estos datos para producir mapas del gas molecular con los que estudiar las materias primas en la formación de estrellas. Una vez que el instrumento Explorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSE, por sus siglas en inglés) del Very Large Telescope, también en Chile, entró en funcionamiento, obtuvieron datos conocidos como espectros para estudiar las fases posteriores de la formación estelar de 19 galaxias, particularmente después de que los cúmulos estelares hayan limpiado el gas y el polvo cercanos. El telescopio espacial Hubble, ha proporcionado desde el espacio observaciones de luz visible y ultravioleta de 38 galaxias para añadir imágenes de alta resolución de estrellas individuales y cúmulos de estrellas.

Los elementos que faltan, que Webb completará, se encuentran en gran parte en áreas de las galaxias que están oscurecidas por el polvo, regiones donde las estrellas comienzan a formarse activamente. “Vamos a ver claramente cúmulos de estrellas en el corazón de estas densas nubes moleculares de las que antes solo teníamos evidencia indirecta”, dijo Thilker. “Webb nos brinda una forma de mirar dentro de estas ‘fábricas de estrellas’ para ver los cúmulos de estrellas recién ensamblados y medir sus propiedades antes de que evolucionen”.

Esta imagen de la galaxia espiral NGC 1300 combina múltiples observaciones para mapear poblaciones estelares y gas. Créditos: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO (ciencia); Alyssa Pagan, de STScI (procesamiento de imágenes)
Esta imagen de la galaxia espiral NGC 1300 combina múltiples observaciones para mapear poblaciones estelares y gas. La luz de radio observada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), representada en amarillo, resalta las nubes de gas molecular frío que proporcionan la materia prima a partir de la cual se forman las estrellas. Los datos del instrumento Explorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSE, por sus siglas en inglés) del Very Large Telescope se representan en rojo y magenta, capturando el impacto de estrellas jóvenes y masivas en el gas que las rodea. La luz visible y ultravioleta capturada por el telescopio espacial Hubble resalta las líneas de polvo en dorado, y las estrellas muy jóvenes y calientes en azul. Las imágenes infrarrojas de alta resolución de Webb ayudarán a los investigadores a identificar dónde se están formando las estrellas detrás del polvo y estudiar las primeras etapas de formación estelar en esta galaxia. Créditos: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO (ciencia); Alyssa Pagan, de STScI (procesamiento de imágenes)

Los nuevos datos también ayudarán al equipo a identificar las edades de las poblaciones estelares en una muestra diversa de galaxias, lo que ayudará a los investigadores a construir modelos estadísticos más precisos. “Siempre estamos poniendo el contexto de las escalas pequeñas en el panorama general de las galaxias”, explicó Kreckel. “Con Webb, rastrearemos la secuencia evolutiva de las estrellas y los cúmulos de estrellas de cada galaxia”.

Otra respuesta importante que buscan tiene que ver con el polvo que rodea a las estrellas dentro del medio interestelar. Webb les ayudará a determinar qué áreas del gas y el polvo están asociadas con regiones específicas de formación de estrellas y cuáles son material interestelar que flota libremente. “Esto no se podía hacer antes, más allá de las galaxias más cercanas. Será transformador”, agregó Thilker.

El equipo también está trabajando para comprender el momento del ciclo de formación estelar. “Las escalas de tiempo son críticas en astronomía y física”, dijo Lee. “¿Cuánto dura cada etapa de formación estelar? ¿Cómo podrían variar esas líneas de tiempo en diferentes entornos de galaxias? Queremos medir cuándo estas estrellas se liberan de sus nubes de gas para comprender cómo se interrumpe la formación estelar”.

Ciencia para todos

Estas observaciones de Webb se tomarán como parte de un programa del Tesoro, lo que significa que no solo estarán disponibles de inmediato para el público, sino que también tendrán un valor científico amplio y duradero. El equipo trabajará para crear y publicar conjuntos de datos que alineen los datos de Webb con cada uno de los conjuntos de datos complementarios de ALMA, MUSE y Hubble, lo que permitirá a los futuros investigadores examinar fácilmente cada galaxia y sus poblaciones estelares, activando y desactivando varias longitudes de onda, y hacer zoom en píxeles individuales de las imágenes. Proporcionarán inventarios de diferentes fases del ciclo de formación estelar, incluidas regiones de formación estelar, estrellas jóvenes, cúmulos estelares y propiedades locales del polvo.

Esta investigación se llevará a cabo como parte de los programas General Observer (GO) de Webb, que se seleccionan mediante un sistema de revisión anónimo dual, el mismo sistema que se utiliza para asignar el tiempo en el telescopio espacial Hubble.

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, observará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus colaboradores, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

Traducido por CEV-MDSCC

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