Las nuevas fotos de Webb iluminan la formación de una multitud galáctica

Un equipo de investigadores está publicando un artículo basado en nuevas imágenes capturadas por el Telescopio Espacial Webb. Las imágenes revelan una densa concentración de materia en el universo temprano, lo que puede indicar etapas tempranas en la formación de un cúmulo de galaxias. Gracias al espectrómetro existente, Webb pudo confirmar que muchas de las galaxias fotografiadas previamente por el Hubble también formaban parte del cúmulo. Incluso rastreó el flujo de gas emitido por la galaxia más grande que existe.

dibujo de espectro

Los principales dispositivos para este trabajo son NIRSpec, y espectrómetro de infrarrojo cercano Esto es parte del kit de herramientas de Webb. Aunque la herramienta en sí es bastante avanzada, funciona con principios importantes para operar cosas como la cámara de su teléfono celular.

En estas cámaras de consumo, los sensores registran el brillo de tres regiones diferentes del espectro visible: rojo, verde y azul. Las imágenes resultantes se crean combinando esta información, con diferentes áreas de la imagen que tienen una intensidad distinta para cada uno de estos colores.

El espectrofotómetro también funciona rastreando la intensidad de la luz en una región limitada del espectro. La principal diferencia es que los segmentos del espectro de la imagen son mucho más pequeños que la gama completa de colores, como el azul. Y en este caso, no forman parte de los colores en absoluto: todas las longitudes de onda están en la región infrarroja del espectro. Sin embargo, al igual que las imágenes RGB producidas por una cámara, cada parte del espectro puede analizarse individualmente o combinarse en una imagen de “color” completa que incluye una amplia gama del espectro.

¿Por qué es útil un espectrofotómetro para observar objetos distantes? Hay dos métodos que fueron fundamentales para este estudio. La primera es que la luz del universo primitivo se vuelve roja debido a la expansión del universo a medida que viaja hacia la Tierra. Por lo tanto, los fotones energéticos con longitudes de onda como el ultravioleta se estiran gradualmente hasta que Webb los registra como fotones infrarrojos. Saber exactamente cuánto se estiran nos dice la distancia a los objetos, y necesitamos saber la longitud de onda actual para determinar eso. El espectrómetro proporciona esta información.

La segunda capacidad principal que proporciona el espectrómetro es el seguimiento de materiales en movimiento. Todos los elementos tienen un conjunto de longitudes de onda específicas en las que se emite la luz. Pero si están en movimiento en relación con un observador, esa longitud de onda es roja o azul debido al efecto Doppler, que cambia ligeramente la longitud de onda (este efecto se sumaría al desplazamiento al rojo causado por la distancia). Entonces, al identificar las emisiones de un elemento en particular y ver cómo cambian, podemos rastrear el movimiento de esos átomos, incluso a grandes distancias.

Galaxia activa en un cúmulo denso

Para el nuevo trabajo, Webb se dirigió a un llamado cuásar o núcleo galáctico activo. Es increíblemente brillante debido a toda la luz que se produce cuando la materia orbita alrededor de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. En este caso, el quásar, llamado J1652, se identificó como de color muy rojo, lo que indica que su luz había cambiado fuertemente a rojo, y así lo veríamos como era en el universo primitivo.

Las imágenes de Webb confirmaron que el color rojo de J1652 se debía a un gran corrimiento al rojo; El corrimiento al rojo tenía un valor de z ≈ 3, lo que significa que se considera que la galaxia existió hace más de 11 mil millones de años. Se cree que este fue un momento crítico en la evolución de la galaxia, cuando las energías masivas emitidas por los agujeros negros supermasivos comenzaron a expulsar materia formadora de estrellas de la galaxia, poniendo fin a la formación estelar.

Otro resultado sorprendente de los datos de espectroscopia es que al menos otros tres objetos detectados en la misma región en las imágenes del Hubble parecen tener el mismo corrimiento al rojo. Esto significa que son galaxias adicionales muy próximas a J1652. Dado que toda la región fotografiada abarca 85.000 años luz, esto representa una concentración muy alta de galaxias. (A modo de comparación, la Vía Láctea tiene más de 100 000 años luz de diámetro, aunque es mucho más grande que estas primeras galaxias).

Además de confirmar las distancias, los datos de Webb permitieron a los investigadores rastrear los átomos de oxígeno ionizado, que se emiten a una longitud de onda adecuada. Los cambios al rojo y al azul visibles en estos datos muestran que el quásar está arrojando material aproximadamente hacia la Tierra y en la dirección opuesta, en consonancia con los dos chorros que a menudo se forman a partir de los agujeros negros. La gran cantidad de material expulsado también es consistente con la idea de que la formación de cuásares podría poner fin a la formación de estrellas al hacer estallar la materia prima.

Pero los investigadores parecen más interesados ​​en la densidad extremadamente alta de galaxias en la región general. En función de la cantidad de materia presente, los investigadores extrapolaron la cantidad de materia oscura y concluyeron que se trata de una zona del universo tan densa como la que habíamos imaginado hasta ahora, que sugieren que es producto de la fusión de dos materias distintas. . auras;

archivo arXiv. Número abstracto: 2210.10074 (Acerca de arXiv). Para publicación en Astrophysical Journal Letters.