El telescopio James Webb, a punto para mirar el principio del Universo conocido

Durante décadas, los telescopios nos han ayudado a capturar la luz de las galaxias que se formaron 400 millones de años después del Big Bang, increíblemente temprano en el contexto de los 13.800 millones de años de historia del universo. Pero, ¿cómo eran las galaxias que existían incluso antes, cuando el universo era semitransparente, al comienzo de un período conocido como la Era de la Reionización?

El próximo observatorio insignia de la NASA, el Telescopio Espacial James Webb, está preparado para proporcionar nuevas riquezas a nuestro acervo de conocimientos, no solo al capturar imágenes de galaxias que existieron en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, sino también al brindarnos datos detallados conocidos como espectros.

Con las observaciones del Webb, los investigadores, por primera vez, podrán informarnos sobre la composición de las galaxias individuales en el universo primitivo.

La Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP), codirigida por Steven L. Finkelstein, profesor asociado de la Universidad de Texas (en Austin), se enfocará en las mismas dos regiones que componen el Hubble Ultra Deep Field: ubicaciones en la constelación de Fornax, donde el Hubble pasó más de 11 días tomando largas exposiciones. Para realizar sus observaciones, el telescopio espacial Hubble apuntó a áreas cercanas en el cielo simultáneamente con dos instrumentos, ligeramente desplazados entre sí, conocidos como campo primario y campo paralelo. “Tenemos la misma ventaja con el Webb”, explicó Finkelstein. “Usaremos dos instrumentos científicos a la vez, y observarán continuamente”. Apuntarán el Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) de Webb, en el Hubble Ultra Deep Field principal, y la Near-Infrared Camera (NIRCam) del Webb en el campo paralelo, obteniendo el doble de rendimiento del tiempo del telescopio.

Para las imágenes con NIRCam, se observará durante más de 125 horas. Con cada minuto que pasa, obtendrán cada vez más información de mayor profundidad en el universo. ¿Qué buscan? Algunas de las primeras galaxias que se formaron. “Tenemos muy buenos indicios del Hubble de que hay galaxias de 400 millones de años tras el Big Bang”, dijo Finkelstein. “Las que vemos con el Hubble son bastante grandes y muy brillantes. Es muy probable que haya galaxias más pequeñas y más débiles que se formaron incluso antes y que están esperando a ser encontradas”.

Este programa utilizará solo alrededor de un tercio del tiempo que el Hubble ha dedicado hasta la fecha a investigaciones similares. ¿Por qué? En parte, esto se debe a que los instrumentos de Webb fueron diseñados para capturar luz infrarroja. A medida que la luz viaja por el espacio hacia nosotros, se extiende en longitudes de onda más largas y rojas debido a la expansión del universo. “Webb nos ayudará a superar todos los límites”, dijo Jennifer Lotz, coinvestigadora de la propuesta y directora del Observatorio Gemini, parte del NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) de la Fundación Nacional de Ciencias. “Y vamos a publicar los datos de inmediato para beneficiar a todos los investigadores”.

Estos investigadores también se centrarán en identificar el contenido de metal en cada galaxia, especialmente en las galaxias más pequeñas y más tenues que aún no se han examinado a fondo, específicamente con los espectros que ofrece el instrumento NIRISS de Webb. “Una de las formas fundamentales en las que rastreamos la evolución a través del tiempo cósmico es por la cantidad de metales que hay en una galaxia”, explicó Danielle Berg, profesora asistente de la Universidad de Texas (en Austin) y coinvestigadora de la propuesta. Cuando comenzó el universo, solo había hidrógeno y helio. Los nuevos elementos fueron formados por sucesivas generaciones de estrellas. Al catalogar los contenidos de cada galaxia, los investigadores podrán trazar con precisión cuándo existieron varios elementos y actualizar los modelos que explican cómo evolucionaron las galaxias en el universo primitivo.

Otro programa, dirigido por Michael Maseda, profesor asistente de la Universidad de Wisconsin-Madison, examinará el Hubble Ultra Deep Field primario utilizando la matriz de microobturadores que se encuentra en el Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) del Webb. Este instrumento obtiene espectros de objetos específicos dependiendo de qué obturadores abran los investigadores. “Estas galaxias existieron durante los primeros mil millones de años en la historia del universo, de los cuales tenemos muy poca información hasta la fecha”, explicó Maseda. “El Webb proporcionará la primera gran muestra que nos dará la oportunidad de comprenderlos en detalle”.

Sabemos que estas galaxias existen gracias a las extensas observaciones que este equipo ha realizado, junto con un equipo de investigación internacional, con el instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) del Very Large Telescope. Aunque MUSE es el “explorador”, que identifica galaxias más pequeñas y débiles en este campo profundo, el Webb será el primer telescopio en caracterizar completamente sus composiciones químicas.

Estas galaxias, extremadamente distantes, tienen implicaciones importantes para nuestra comprensión de cómo se formaron las galaxias en el universo primitivo. “El Webb abrirá un nuevo espacio para el descubrimiento”, explicó Anna Feltre, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia y coinvestigadora. “Sus datos nos ayudarán a saber con precisión qué sucede cuando se forma una galaxia, incluidos los metales que contienen, la rapidez con la que se crean y si ya tienen agujeros negros”.

Esta investigación se llevará a cabo como parte de los programas de General Observer (GO) del Webb, que se seleccionan mediante una revisión anónima 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. El Webb resolverá misterios de nuestro sistema solar, observará planetas distantes que orbitan alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA en colaboración con la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

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