El espectrómetro JWST refina los corrimientos al rojo de galaxias distantes

El instrumento NIRSpec del Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha revelado que una galaxia lejana que antes se pensaba que tenía un corrimiento al rojo récord de 16.4 está en realidad mucho más cerca de la Tierra. El estudio también ha confirmado que algunos otros objetos observados por JWST se encuentran entre las galaxias más distantes jamás vistas.

El corrimiento al rojo cosmológico es una medida de cuánto se ha estirado la luz de una galaxia a longitudes de onda más largas y más rojas por la expansión del universo. Cuanto mayor sea el corrimiento al rojo, más tiempo debe haber pasado la luz de una galaxia moviéndose a través del cosmos en expansión. Esto significa que vemos objetos con alto desplazamiento al rojo tal como aparecieron hace mucho tiempo, y que los objetos están muy lejos.

Los astrónomos están muy interesados ​​en estudiar las galaxias de alto corrimiento al rojo porque proporcionan una ventana al universo primitivo. De hecho, las observaciones recientes respaldan una imagen emergente de que las galaxias en el universo primitivo eran más masivas, más desarrolladas y más luminosas de lo que se había predicho previamente.

Varias galaxias tenues

En el verano de 2022, los primeros estudios profundos del JWST del universo distante revelaron varias galaxias tenues que se estimó que eran las galaxias con mayor corrimiento al rojo jamás vistas.

Un objeto se llama La galaxia de Maisie que fue descubierto en los datos JWST por un equipo dirigido por steve finkelstein de la Universidad de Texas en Austin. Inicialmente se pensó que la galaxia estaba en un desplazamiento al rojo de 14.3, lo que la habría colocado solo 280 millones de años después del Big Bang. Otro candidato, CEERS-93316, encontrado por un equipo dirigido por callum donan de la Universidad de Edimburgo, parecía estar en un corrimiento al rojo de 16.4, lo que equivale a solo 250 millones de años después del Big Bang.

A modo de comparación, la galaxia confirmada más distante conocida antes del lanzamiento del JWST fue Gn-z11, que tiene un corrimiento al rojo de 11.6.

Desplazamientos al rojo revisados

Estas primeras mediciones de JWST se realizaron utilizando una técnica fotométrica, que mide el enrojecimiento general de una galaxia. Si bien esta técnica se puede usar en objetos débiles y distantes, puede verse afectada por la presencia de polvo y no es tan precisa como medir los cambios de líneas espectrales individuales. Ahora, un equipo de astrónomos ha utilizado el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) de JWST para observar las galaxias y ha refinado las estimaciones del corrimiento al rojo, con resultados mixtos.

“Desafortunadamente, el candidato de corrimiento al rojo 16.4 [CEERS-93316] resultó ser un corrimiento al rojo bajo”, dice Donnan, quien es miembro del equipo dirigido por Pablo Arrabal Haro de NOIRLab en Arizona. Debido a que los datos de NIRSpec se hicieron públicos de inmediato sin tiempo de propiedad para los científicos que propusieron las observaciones, el equipo de Haro tuvo que escribir su artículo en menos de tres días para evitar ser golpeado.

En lugar de estar en 16.4, se descubrió que CEERS-93316 era una galaxia polvorienta con un corrimiento al rojo de 4.9, lo que significa que la vemos tal como existía hace 12.5 millones de años. El equipo de Donnan había pensado anteriormente que tenían un caso sólido para un desplazamiento al rojo récord, particularmente porque la galaxia mostraba una fuerte emisión azul y ultravioleta en su marco de reposo (como aparece cuando se elimina el desplazamiento al rojo).

Sin embargo, la combinación de líneas de emisión muy fuertes junto con el hecho de que una de esas líneas, de la longitud de onda de hidrógeno-alfa, estaba en una posición donde tres de los filtros de NIRSpec se superponen de modo que la línea de emisión contribuye a los tres, erróneamente dio la impresión que CEERS-93316 era una galaxia intrínsecamente luminosa con un corrimiento al rojo mucho mayor.

La galaxia de Maisie

Hubo mejores noticias en las apuestas de corrimiento al rojo para Maisie's Galaxy, que se reveló que tenía un corrimiento al rojo de 11.4. Este sigue siendo un corrimiento al rojo muy alto e indica una galaxia libre de polvo. La galaxia también tiene una tasa de formación estelar relativamente alta y una masa estelar total de 250 millones de veces la masa del Sol. Esta masa había crecido durante un período de 30 a 120 millones de años antes del momento en que vemos la Galaxia de Maisie.

NIRSpec también ha demostrado que otras ocho galaxias tienen desplazamientos al rojo superiores a 10. El actual poseedor del récord es JADES-GS-z13-0, que tiene un corrimiento al rojo de 13.2 confirmado espectroscópicamente y que vemos tal como existió solo 350 millones de años después del Big Bang.

Donnan todavía tiene la esperanza de que JWST pueda descubrir galaxias con desplazamientos al rojo espectroscópicos superiores a 14. "Es posible, especialmente en imágenes más profundas", dice. Mundo de la física.

Producción de polvo

No es que una galaxia bien estudiada con un desplazamiento al rojo de 4.9 sea algo digno de olfatear. Estudiar las propiedades de las galaxias que existían cuando el universo tenía poco más de mil millones de años es crucial para comprender cómo se han desarrollado las galaxias en términos de formación estelar. Esto se puede deducir de la cantidad de polvo que producen las sucesivas generaciones de estrellas, el mismo polvo que hace que CEERS-93316 parezca más rojo.

“Necesitamos hacer un análisis más detallado de las propiedades de CEERS-93316, pero parece estar lleno de polvo”, dice Donnan. "Necesitamos investigar su historia de formación de estrellas si queremos entender cómo llegó a ser".

Mientras tanto, se planean más observaciones para las galaxias de muy alto corrimiento al rojo, como la Galaxia de Maisie, según Finkelstein, quien también está involucrado en el estudio NIRSpec.

Espectroscopia más profunda

"El próximo paso es definitivamente una espectroscopia más profunda, para sondear exactamente qué está causando que [la Galaxia de Maisie] sea tan azul", dice, refiriéndose al color del resto del marco. La teoría principal es que las primeras galaxias, como la Galaxia de Maisie, tenían una mayor proporción de estrellas luminosas, azules y masivas en comparación con las galaxias actuales. Las observaciones utilizando uno de los telescopios Keck de 10 metros en Hawái ya están en marcha y Finkelstein espera seguir con el JWST en el futuro.

"Buscaremos características de línea de emisión UV en reposo más débiles, que son diagnósticos para cosas que incluyen la presencia de estrellas muy masivas y también qué tan intensa es la luz estelar de las estrellas que vemos", dice Finkelstein.

En última instancia, los hallazgos son un recordatorio de la necesidad de la confirmación espectroscópica de los desplazamientos al rojo de las galaxias y que, hasta que se realicen tales mediciones, debemos tomar con precaución las afirmaciones de desplazamientos al rojo fotométricos récord.

La investigación se describe en un preimprimir en arXiv.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/