El Telescopio Espacial James Webb detecta las galaxias más lejanas

El Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) de JWST se centró en la región dentro y alrededor del campo ultraprofundo del telescopio espacial Hubble. Usando el instrumento NIRCam de Webb, los científicos observaron el campo en nueve rangos de longitud de onda infrarroja diferentes. A partir de estas imágenes (que se muestran a la izquierda), el equipo buscó galaxias débiles que son visibles en el infrarrojo pero cuyos espectros se rompen abruptamente en una longitud de onda crítica conocida como fractura de Lyman. El instrumento Webb NIRSpec luego proporcionó una medida precisa del corrimiento al rojo para cada galaxia (que se muestra a la derecha). Cuatro de las galaxias estudiadas son particularmente especiales, ya que se reveló que se encontraban en una era temprana sin precedentes. Estas galaxias datan de menos de 400 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo el 2% de su edad actual. En la imagen de fondo, el azul representa la luz a 1,15 micras (115 W), el verde a 2,0 micras (200 W) y el rojo a 4,44 micras (444 W). En las imágenes recortadas, el azul es una mezcla de 0,9 y 1,15 micras (090 W + 115 W), el verde es de 1,5 micras (150 W + 200 W) y el rojo es de 2,0, 2,77 y 4,44 micras (200 W + 277 W + 444 W). Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Zamani (ESA/Webb) y L. Hustak (STScI). Ciencias: B. Robertson (UCSC), S. Tacchella (Cambridge), E. Curtis-Lake (Hertfordshire), S. Carniani (Scuola Normale Superiore) y JADES Collaboration

Los astrónomos informan sobre las galaxias conocidas más distantes, que han sido descubiertas y confirmadas por JWST.

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto las galaxias más antiguas y distantes confirmadas hasta la fecha utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). El telescopio captó la luz emitida por estas galaxias hace más de 13.400 millones de años, lo que significa que las galaxias datan de menos de 400 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo el 2% de su edad actual.

Las observaciones iniciales del JWST arrojaron varias galaxias candidatas a grandes distancias, al igual que las observaciones anteriores con el telescopio espacial Hubble. Ahora, cuatro de esos objetivos han sido confirmados por largas observaciones espectroscópicas obtenidas, que no solo brindan mediciones seguras de sus distancias, sino que también permiten a los astrónomos caracterizar las propiedades físicas de las galaxias.

«Descubrimos galaxias en tiempos fantásticamente tempranos en el universo distante», dijo Brant Robertson, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California, Santa Cruz. «Con JWST, por primera vez, ahora podemos encontrar galaxias tan distantes y luego confirmar con espectroscopia que realmente están lejos».

Los astrónomos miden la distancia a una galaxia determinando su corrimiento al rojo. Debido a la expansión del universo, los objetos distantes parecen alejarse de nosotros y su luz se estira a longitudes de onda más largas y rojas por el efecto Doppler. Las técnicas fotométricas basadas en imágenes capturadas a través de varios filtros pueden proporcionar estimaciones de corrimiento al rojo, pero las mediciones finales requieren espectroscopia, que separa la luz de un objeto en longitudes de onda componentes.

(Haga clic en la imagen para ver el gráfico completo). El universo se está expandiendo, y esa expansión es la luz que se expande y viaja a través del espacio en un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cósmico. Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, mayor es la distancia que ha viajado la luz. Como resultado, los telescopios con detectores de infrarrojos son necesarios para ver la luz de las primeras y más lejanas galaxias. Crédito: NASA, ESA y L. Hustak (STSci)

Los nuevos resultados se centran en cuatro galaxias con un desplazamiento al rojo superior a 10. Dos galaxias observadas inicialmente por Hubble confirmaron desplazamientos al rojo de 10,38 y 11,58. Las dos galaxias más distantes, ambas detectadas en las imágenes del JWST, tienen desplazamientos al rojo de 13,20 y 12,63, lo que las convierte en las galaxias más distantes confirmadas por espectroscopia hasta la fecha. Un desplazamiento hacia el rojo de 13,2 corresponde a unos 13,500 millones de años.

«Estos están mucho más lejos de lo que imaginamos que se habrían descubierto antes de JWST», dijo Robertson. En el corrimiento al rojo 13, el universo tiene solo 325 millones de años.

Robertson y Emma Curtis Lake de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) son los autores principales de dos artículos sobre hallazgos que aún no han pasado por el proceso de revisión por pares (consulte los enlaces a continuación).

Las observaciones fueron el resultado de una colaboración de científicos que lideraron el desarrollo de dos de los instrumentos a bordo de Webb, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrorradiómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec). La búsqueda de galaxias más antiguas y más débiles fue el principal impulsor de los conceptos de estos instrumentos. En 2015, los equipos del instrumento se unieron para proponer el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un ambicioso programa que tomó poco más de un mes de tiempo del telescopio y está diseñado para proporcionar una vista del universo temprano sin precedentes en profundidad. y detalles JADES es una colaboración internacional de más de ochenta astrónomos de diez países.

«Estos resultados son la culminación de por qué el equipo de NIRCam y NIRSpec se unieron para implementar este programa de monitoreo», dijo Marcia Rieke, investigadora principal de NIRCam en la Universidad de Arizona.

El programa JADES comenzó con NIRCam, utilizando más de 10 días de tiempo de misión para observar una pequeña porción de cielo dentro y alrededor del campo ultraprofundo del Hubble. Los astrónomos han estado estudiando esta región durante más de 20 años utilizando casi todos los grandes telescopios. El equipo de JADES observó el campo en nueve rangos diferentes de longitudes de onda infrarrojas, capturando imágenes notables que revelan casi 100 000 galaxias distantes, de miles de millones de años luz cada una.

Luego, el equipo usó el espectrómetro NIRSpec durante un período de observación de tres días para recolectar luz de 250 galaxias débiles. Esto produjo mediciones precisas del corrimiento al rojo y reveló las propiedades del gas y las estrellas en estas galaxias.

«Con estas medidas, podemos conocer el brillo intrínseco de las galaxias y saber cuántas estrellas tienen», dijo Robertson. «Ahora podemos realmente comenzar a trazar un mapa de cómo las galaxias se unen con el tiempo».

El coautor Sandro Tequila de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido agregó: «Es difícil comprender las galaxias sin comprender los períodos iniciales de su evolución. Al igual que con los humanos, gran parte de lo que sucede después depende de la influencia de estas primeras generaciones de estrellas. Muchas preguntas sobre las galaxias esperan la oportunidad transformadora». Webb, y estamos encantados de poder desempeñar un papel en la revelación de esta historia».

Según Robertson, la formación de estrellas en estas primeras galaxias habría comenzado aproximadamente 100 millones de años antes de la edad en que se observaron, lo que llevó la formación de las primeras estrellas a unos 225 millones de años después.[{» attribute=»»>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568