El 11 de julio de 2022, se publicó al público en general la primera imagen tomada por el telescopio espacial James Webb (JWST). Se llama Primer Campo Profundo de Webb , está centrado en un cúmulo de galaxias denominado SMACS 0723 y que contiene nada menos que 7.000 galaxias.
por la Universidad de Montreal
Esta imagen ha demostrado ser un objetivo importante para el estudio de la evolución de las galaxias, ya que 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 ha habido una falta de mediciones precisas y completas de la distancia a las galaxias en este campo.
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 se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Miembros del Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), los científicos utilizaron el instrumento canadiense NIRISS (Near Infra-Red Imager and Slitless Spectrograph) a bordo del JWST para recolectar espectros de 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.
Trazando los ‘desplazamientos al rojo’
Utilizando el instrumento NIRISS de JWST, fabricado en Canadá, 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 a la vez», 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 que se ven en sus espectros. Debido a que el universo se está expandiendo, la luz emitida por objetos distantes como las galaxias se está estirando 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.
«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 María. «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 han descubierto muchas galaxias nuevas en el cúmulo SMACS 0723 cuya luz ha tardado más de 4 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Los cúmulos, que son enormes grupos de galaxias unidas por la fuerza de la gravedad, pueden contener hasta miles de galaxias.
El nuevo estudio aporta una mejor comprensión de cómo evolucionan las galaxias en algunos de los entornos más extremos del universo y da 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 de SMACS 0723, haya sido posible gracias a las capacidades espectroscópicas del instrumento NIRISS de fabricación canadiense a bordo del JWST», dijo el Instituto Nacional de Investigación. Chris Willott del Consejo, quien dirige el equipo CANUCS.
‘Usándolo en todo su potencial’
«Esta tecnología fabricada en Canadá 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 detrás del instrumento NIRISS. NIRISS diseñado, construido y probado en Ontario por Honeywell Aerospace, en sus instalaciones de Ottawa y Cambridge. La UdeM también contribuyó con componentes ópticos clave.
Dentro de su enorme colección de corrimientos al rojo de galaxias, los investigadores identificaron otras tres sobredensidades de galaxias a distancias mucho mayores que SMACS 0723 que no se habían visto previamente en este campo. Estas sobredensidades de galaxias son cúmulos de galaxias potencialmente recién descubiertos ubicados entre ocho y 10 mil millones de años luz de distancia.
Captar estas sobredensidades de galaxias 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 estudios futuros que permitan comprender mejor cómo las galaxias y los cúmulos que habitan han evolucionado desde su estado en el universo primitivo hasta lo que parecen hoy, incluida nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, dicen los científicos.
La asombrosa ‘Bengala’
El equipo CANUCS ya ha realizado un hallazgo sorprendente 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, repleta 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 de galaxias 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 desplazamiento al rojo de galaxias durante el segundo año de operaciones científicas de Webb, ahora en curso, ya que se les ha concedido tiempo para volver a observar el primer campo profundo de Webb con mayor detalle con el instrumento NIRISS.
«La comunidad astronómica reconoció 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 espera investigación adicional derivada de los avances de CANUCS sobre la formación de galaxias, la distribución de la materia oscura y la 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
