Webb y Hubble de la NASA se combinan para crear la vista más colorida del universo

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El resultado: un paisaje vivo de galaxias y más de una docena de objetos recién descubiertos que varían en el tiempo.

Cuando dos observatorios importantes se combinan, revelan una gran cantidad de nuevos detalles que sólo podrían lograrse mediante su poder combinado. Webb y Hubble se asociaron para estudiar el cúmulo de galaxias MACS0416, ubicado a unos 4.300 millones de años luz de la Tierra. Sus datos combinados producen un panorama prismático de azul y rojo, colores que dan pistas sobre las distancias de las galaxias. Si bien la imagen en sí es impresionante, los investigadores ya están utilizando estas observaciones para respaldar nuevos descubrimientos científicos, incluida la identificación de supernovas gravitacionalmente infladas y estrellas ordinarias invisibles.

Esta comparación lado a lado del cúmulo de galaxias MACS0416 visto por el Telescopio Espacial Hubble en luz óptica (izquierda) y el Telescopio Espacial James Webb en luz infrarroja (derecha) revela diferentes detalles. Ambas imágenes contienen cientos de galaxias; sin embargo, la imagen web muestra galaxias que no son visibles o apenas son visibles en la imagen del Hubble. Esto se debe a que la visión infrarroja de Webb puede detectar galaxias que están demasiado distantes o demasiado polvorientas para que las vea el Hubble. (La luz de galaxias distantes se desplaza al rojo debido a la expansión del universo). El tiempo total de exposición de Webb fue de aproximadamente 22 horas, en comparación con las 122 horas de tiempo de exposición de la imagen del Hubble. Fuente de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, STScI

Los telescopios espaciales Webb y Hubble de la NASA se combinan para crear una vista colorida del universo

NASA‘s Telescopio espacial James Webb Y telescopio espacial Hubble Se han asociado para estudiar un cúmulo de galaxias en expansión conocido como MACS0416. La imagen pancromática resultante combina luz visible e infrarroja para crear una de las vistas más completas del universo jamás vista. Ubicado a unos 4.300 millones de años luz de la Tierra, MACS0416 es un par de cúmulos de galaxias en colisión que eventualmente se unirán para formar un cúmulo más grande.

Los detalles se revelan a través del poder telescópico incorporado.

La imagen revela una riqueza de detalles que sólo podría lograrse combinando el poder de dos telescopios espaciales. Incluyen un gran grupo de galaxias fuera del cúmulo y un conjunto de fuentes que varían con el tiempo, probablemente debido a lentes gravitacionales: la distorsión y amplificación de la luz procedente de fuentes distantes de fondo.

Fue la primera de una serie de vistas ultraprofundas sin precedentes del universo del ambicioso y colaborativo programa del Hubble llamado Frontier Fields, que se inauguró en 2014. Hubble fue pionero en la búsqueda de algunas de las galaxias más débiles y jóvenes jamás descubiertas. La visión infrarroja de Webb mejora enormemente esta visión profunda al adentrarse más en el universo primitivo con su visión infrarroja.

Esta imagen del cúmulo de galaxias MACS0416 destaca una galaxia particular de fondo con lente gravitacional, que existió unos 3 mil millones de años después del Big Bang. Esta galaxia contiene un objeto en tránsito, o un objeto que cambia en su brillo observado con el tiempo, al que el equipo científico llamó «Mothra». Mothra es una estrella que está magnificada por un factor de al menos 4.000 veces. El equipo cree que Mothra está siendo amplificada no sólo por la gravedad del cúmulo de galaxias MACS0416, sino también por un objeto conocido como «mili lente» que probablemente pesa tanto como un cúmulo de estrellas globulares. Fuente de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universidad de Misuri)

«Estamos aprovechando el legado de Hubble al avanzar hacia distancias mayores y objetos más débiles», dijo Rogier Windhorst de la Universidad Estatal de Arizona, investigador principal del programa PEARLS (Principales Regiones Extragalácticas para la Reionización y la Ciencia de Lentes), que tomó las observaciones de Webb.

Comprender los colores de las imágenes y los objetivos científicos.

Para hacer la imagen, en general, las longitudes de onda de luz más cortas eran azules, las longitudes de onda más largas eran rojas y las longitudes de onda intermedias eran verdes. La amplia gama de longitudes de onda, de 0,4 a 5 micrones, produce una visión particularmente vívida de las galaxias.

Estos colores dan pistas sobre la distancia de las galaxias: las galaxias más azules están relativamente cerca y a menudo muestran una intensa formación estelar, que es mejor detectada por el Hubble, mientras que las galaxias más rojas tienden a estar más distantes, como descubrió Webb. Algunas galaxias también parecen muy rojas porque contienen abundantes cantidades de polvo cósmico, que tiende a absorber los colores más azules de la luz de las estrellas.

«El panorama completo no queda claro hasta que los datos de Webb se combinan con los datos del Hubble», dijo Windhorst.

Hallazgos científicos y el «cúmulo de galaxias del árbol de Navidad»

Si bien las nuevas observaciones de Webb contribuyen a esta perspectiva estética, se toman con un propósito científico específico. El equipo de investigación combinó los tres períodos de observación, cada uno separado por semanas, con un cuarto período de la encuesta CANUCS (Canadian Unbiased Cluster Survey (NIRISS)). El objetivo era buscar objetos cuyo brillo observado varíe con el tiempo, conocidos como transitorios.

Identificaron 14 de estos transitorios en todo el campo de visión. 12 de estos transitorios estaban ubicados en tres galaxias que están altamente amplificadas por lentes gravitacionales, y probablemente sean estrellas individuales o sistemas de múltiples estrellas que brevemente están altamente amplificadas. Los dos transitorios restantes se encuentran dentro de galaxias de fondo mucho más grandes y probablemente sean supernovas.

Imagen del cúmulo de galaxias MACS0416 tomada en luz visible por ACS y WFC3 del Hubble y en luz infrarroja por NIRCam de Webb, con flechas de brújula, barra de escala y clave de color como referencia.
Las flechas de la brújula norte y este muestran la dirección de la imagen en el cielo. Observe que la relación entre el norte y el este en el cielo (visto desde abajo) está invertida en relación con las flechas direccionales en el mapa de la Tierra (visto desde arriba).
La barra de escala se indica en minutos de arco, un ángulo en el cielo igual a una sexagésima de grado. (La barra de escala tiene una longitud de medio minuto de arco). La imagen completa tiene aproximadamente 2,2 minutos de ancho.
Esta imagen muestra las longitudes de onda de luz visible e infrarroja cercana traducidas en colores. La clave de color muestra los filtros Hubble ACS, WFC3 y Webb NIRCam que se utilizaron para recolectar la luz. El color del nombre de cada filtro es el color de la luz visible utilizada para representar la luz que pasa a través de ese filtro.
Fuente de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universidad de Misuri)

«Llamamos a MACS0416 el Cúmulo de Galaxias del Árbol de Navidad, porque es muy colorido y por las luces intermitentes que encontramos en su interior. Podemos ver los transitorios en todas partes», dijo Haojing Yan de la Universidad de Missouri-Columbia, autor principal de un artículo que describe los hallazgos científicos.

Encontrar tantos transitorios con observaciones que abarcan un período de tiempo relativamente corto sugiere que los astrónomos podrían encontrar muchos transitorios adicionales en este grupo y otros similares mediante observaciones regulares con el Webb.

Descubrimiento fugaz único: «Mothra»

Entre los transitorios identificados por el equipo, uno en particular destacó. Está situado en una galaxia que existió unos 3 mil millones de años después del Big Bang y ha sido magnificada en un factor de al menos 4000. El equipo llamó al sistema estelar «Mothra» en referencia a su «naturaleza monstruosa», siendo extremadamente brillante. y extremadamente magnificada. Se une a otra estrella que los investigadores identificaron previamente y llamaron «Godzilla». (Tanto Godzilla como Mothra son monstruos gigantes conocidos como kaiju en el cine japonés).

Curiosamente, Mothra también es visible en las observaciones del Hubble realizadas hace nueve años. Esto es inusual, porque se necesita una alineación muy específica entre el cúmulo de galaxias en primer plano y la estrella de fondo para agrandar mucho la estrella. Se suponía que los movimientos mutuos de la estrella y el cúmulo acabarían eliminando esta alineación.

La explicación más probable es que hay un cuerpo adicional dentro del conjunto frontal que añade más aumento. El equipo pudo limitar su masa a entre 10.000 y 1 millón de veces la masa de nuestro Sol. Sin embargo, aún se desconoce la naturaleza exacta de la llamada “mililente”.

«La explicación más probable es la presencia de un cúmulo de estrellas globulares que es demasiado débil para que Webb lo vea directamente», dijo José Diego del Instituto de Física de Cantabria en España, autor principal del artículo que detalla los hallazgos. «Pero aún no conocemos la verdadera naturaleza de esta lente adicional».

Yan et al. El artículo es aceptado para publicación en el Diario astrofísico. Diego et al. El artículo fue publicado en Astronomía y astrofísica..

Los datos de Webb que se muestran aquí se obtuvieron como parte del programa PEARLS GTO 1176.

Referencias:

“JWST Pearls: Transients in the MACS J0416.1-2403 Field” por Haojing Yan, Ziyuan Ma, Pang Zheng Sun, Lifan Wang, Patrick Kelly, Jose M. Diego, Seth H. Cohen, Rogier A. Windhorst, Rolf A. Janssen, Norman A. Grogin, John F. Beckom, Christopher J. Conselius, Simón B. Conductor, Brenda Fry, Dan Coe, Madeline A. Marshall, Anton Quikemore, Christopher N. A. Wilmer, Aaron Robotham, Jordan C. J. de Silva, Jake Summers, Mario Nonino, Nor Pierzkal, Russell E. Ryan Jr., Rafael Ortiz III, Scott Tompkins, Rachana A. Bhatawdekar, Cheng Cheng, Adi Zitrin, S.P. Wilner, aceptado, Diario astrofísico.
arXiv:2307.07579

Referencia: “La Perla de JWST: Mothra, una nueva estrella kaiju en z = 2.091 fuertemente amplificada por MACS0416, y sus implicaciones para los modelos de materia oscura” por José M. Diego, Bangzheng Sun, Haoqing Yan, Lucas J. Furtak, Eric Zachrisson, Liang Dai, Patrick Kelly, Mario Nonino, Nathan Adams, Ashish K. Mina, Stephen B. Wilner, Adi Zittrain, Seth H. Cohen, Jordan C.J. de Silva, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Roger A. Windhorst, Dan Coe, Christopher J. Conselici, Simón B. Conductor, Brenda Fry, Norman A. Grogen, Antón M. Quickmore, Madeleine A. Marshall, Noor Pierzkal, Aaron Robotham, Michael J. Rutkowski, Russell E. Ryan, Scott Tompkins, Christopher N. A. Wilmer y Rachana Bhatawdekar, 32 de octubre de 2023. Astronomía y astrofísica..
doi: 10.1051/0004-6361/202347556

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Europea. El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, opera el telescopio. El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas en Hubble y Webb. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, DC