Telescopio web de la NASA para buscar retrospectiva, usar cuásares para desentrañar los secretos del universo temprano

Esta es la idea del artista de una galaxia con un quásar brillante en su centro. Un quásar es un agujero negro de superpotencia activa, distante y muy brillante, millones de miles de millones de veces la masa del Sol. Entre los objetos más brillantes del universo, la luz de un quásar excede la luz de todas las estrellas en su galaxia anfitriona. Los quásares se alimentan de la penetración de materia, vientos y radiación, formando las galaxias en las que viven. Utilizando las capacidades únicas de Webb, los científicos estudiarán los cuásares más distantes y brillantes del universo. Crédito: NASA, ESA և J. Olmsted (STScI)

Los quásares son superpotencias activas, distantes y muy brillantes que son millones de miles de millones de veces más grandes que la masa del Sol. Suelen ubicarse en el centro de las galaxias, se alimentan del material que cae y emiten fantásticas inundaciones de radiación. En los objetos más brillantes del universo, la luz de un quásar excede la luz de todas las estrellas en su galaxia anfitriona, y sus chorros y vientos dan forma a la galaxia en la que se encuentra.

Inmediatamente después del lanzamiento a principios de este año, un equipo de científicos entrenará al telescopio espacial web James Ames de la NASA en seis de los cuásares más distantes y brillantes. Estudiarán las propiedades de estos cuásares, sus galaxias receptoras, cómo se correlacionaron durante las primeras etapas de la evolución de las galaxias en el universo temprano. El equipo también utilizará cuásares para explorar gas en el espacio entre galaxias, particularmente durante la ionización espacial, que terminó cuando el universo era muy joven. Lo harán utilizando la extrema sensibilidad de la Web a la poca luz y su excelente resolución angular.

(Haga clic en la imagen para ver la infografía completa). Hace más de 13 mil millones de años, durante el Renacimiento, el universo era un lugar muy diferente. El gas entre las galaxias era mayormente opaco a la energía de la luz, lo que dificultaba ver galaxias jóvenes. ¿Qué permitió que el universo se volviera completamente ionizado o transparente, lo que eventualmente condujo a las condiciones «simples» que se encuentran en gran parte del universo actual? Webmakes El Web Space Telescope profundizará en el espacio para recopilar más información sobre los objetos en la era ionizante que nos ayudará a comprender esta gran transición en la historia del universo. Crédito: NASA, ESA և J. Kang (STScI)

Web. Visitando un universo joven

Cuando Webb mira profundamente en el espacio, en realidad mirará hacia atrás. Desde estos cuásares distantes, la luz comenzó su viaje a la Web cuando el universo era tan joven que tardó miles de millones de años en llegar. Veremos las cosas como eran hace mucho tiempo, no como son hoy.

«Todos estos cuásares que estamos estudiando existían muy temprano, cuando el universo tenía menos de 800 millones de años, o menos del 6 por ciento de su edad actual. «Así que estas observaciones nos permiten estudiar la evolución de la galaxia, la formación de un agujero negro superpoderoso, la evolución de tiempos muy tempranos», dijo Santiago Arribas, miembro del equipo y profesor investigador del Departamento de Astrofísica del Centro Astronómico de Madrid, España. Arribas también es miembro del equipo científico de herramientas del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb.

(Haga clic en la imagen para ver la infografía completa). El universo se está expandiendo, և esa expansión atrae la luz a través de un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, mayor es la distancia recorrida por la luz. Como resultado, se necesitan telescopios con detectores de infrarrojos para ver la luz de las primeras galaxias más distantes. Préstamo NASA, ESA և L. Hustak (STSci)

La luz de estos objetos muy distantes se alarga por la expansión del espacio. Esto se conoce como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto más viaja la luz, más viaja. De hecho, la luz visible emitida en el universo primitivo se estira tan bruscamente que viaja al infrarrojo cuando nos alcanza. Con su conjunto de herramientas de ajuste de infrarrojos, Webb es especialmente adecuado para el estudio de este tipo de luz.

Al estudiar los cuásares, sus galaxias receptoras y su entorno, sus poderosas erupciones

Los quásares que estudiará el equipo no solo son los más distantes en el espacio, sino también los más brillantes. Estos quásares suelen tener las masas de agujeros negros más altas, tienen las tasas de acumulación más altas. Los materiales caen en agujeros negros.

«Estamos interesados ​​en ver los cuásares más brillantes, porque la gran cantidad de energía en sus núcleos debería tener el mayor impacto en la galaxia que recibe los mecanismos de calentamiento de fugas del cuásar», dijo Chris. Willott, investigador del Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica Herzberg del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC), Victoria, Columbia Británica. Willott también es oficial de diseño web de la Agencia Espacial Canadiense. «Queremos observar estos cuásares en el momento en que tienen el mayor impacto en las galaxias receptoras».

Se liberan enormes cantidades de energía cuando la materia se acumula a través de un súper agujero negro. Esta energía calienta el gas circundante, provocando fuertes fugas que estallan como un tsunami en el espacio interestelar, causando estragos en la galaxia receptora.

Observe cómo los chorros y vientos predominantes del agujero negro afectan a su galaxia anfitriona, a cientos de miles de años luz de distancia durante millones de años. Préstamo: NASA, ESA և L. Hustak (STScI)

Las fugas juegan un papel importante en la evolución de la galaxia. El gas alimenta la formación de estrellas, por lo que cuando se elimina el gas debido a una fuga, la tasa de formación de estrellas se reduce. En algunos casos, las fugas son tan poderosas que emiten tanto gas que pueden detener por completo la formación de estrellas en la galaxia estelar. Los científicos creen que las fugas son el mecanismo principal por el cual el gas, el polvo y los elementos se redistribuyen a largas distancias en una galaxia o incluso pueden ser expulsados ​​entre galaxias en un entorno intergaláctico. Esto podría provocar cambios fundamentales en las propiedades tanto de la galaxia receptora como del entorno intergaláctico.

Estudio de las propiedades del espacio intergaláctico en la era del reencuentro

Hace más de 13 mil millones de años, cuando el universo era muy joven, la escena estaba lejos de ser clara. El gas neutro entre galaxias ha hecho que el universo sea opaco a algunos tipos de luz. Durante cientos de millones de años, el gas neutro se ha cargado o ionizado en el entorno intergaláctico, haciéndolo transparente a la luz ultravioleta. Este período se llama la era de la ionización. Pero, ¿qué llevó a la reunificación que creó las condiciones «claras» que se encuentran hoy en gran parte del universo? La web profundizará en la historia del universo para recopilar más información sobre esta importante transición en la historia del universo. Las observaciones nos ayudarán a comprender la edad de la ionización, que es una de las fronteras clave de la astrofísica.

El equipo utilizará cuásares como fuentes de luz de fondo para estudiar el gas entre nuestros cuásares. Este gas absorbe la luz del cuásar en determinadas longitudes de onda. Usando una técnica llamada espectroscopia de imágenes, buscarán líneas de absorción en el gas interferente. Cuanto más brillante sea el quásar, más fuertes serán las propiedades de la línea de absorción en el espectro. Al determinar si un gas es neutro o ionizado, los científicos aprenderán qué tan neutral es el universo y cuánta ionización ha tenido lugar.

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Web Ames El Web Space Telescope utilizará una herramienta innovadora llamada unidad de campo integral (IFU) para capturar imágenes y espectros simultáneamente. Este video proporciona una descripción básica de cómo funciona la IFU. Préstamo: NASA, ESA, CSA և L. Hustak (STScI)

«Si desea explorar el universo, necesita fuentes de fondo muy brillantes. «Un quásar es un objeto perfecto en el espacio exterior porque es tan brillante que podemos verlo muy bien», dijo Camila Pacifi, miembro del equipo de la Agencia Espacial Canadiense pero que trabaja en el Instituto del Telescopio Espacial como herramienta científica. En Baltimore. «Queremos explorar el universo primitivo a medida que evoluciona; queremos saber cómo empezó».

El equipo trabajará con NIRSpec para analizar la luz de los cuásares y buscar astrónomos para encontrar «metales» que sean elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. Estos elementos formados en las primeras estrellas և las primeras galaxias են fueron expulsados ​​por filtraciones. El gas se escapa de las galaxias que ingresaron originalmente al entorno intergaláctico. El equipo planea medir la formación de estos primeros «metales», así como la forma en que se bombean al entorno intergaláctico con estas primeras fugas.

El poder de la web

Webb es un telescopio de alta sensibilidad capaz de detectar niveles de luz muy bajos. Esto es posible porque, aunque los quásares son intrínsecamente muy brillantes, los que este equipo está a punto de observar son algunos de los objetos más distantes del universo. De hecho, están tan lejos que las señales que recibirá Webb son muy, muy bajas. Solo con la sutil sensibilidad de la Web se puede realizar esta ciencia. Webb también proporciona una gran solución angular, lo que hace posible separar la luz del cuásar de su galaxia anfitriona.

Aquí están los programas de cuásar descritos Observaciones de tiempo garantizado que involucran las capacidades espectroscópicas de NIRSpec.

El telescopio espacial Web Ames se convertirá en el primer observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA y sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.