La espectroscopia de infrarrojo medio de Webb revelará moléculas, elementos


El equipo del telescopio espacial James Webb de la NASA continúa trabajando a través de los 17 modos de instrumentos científicos. Esta semana marcaron números (5) series temporales de NIRCam grism y (4) series temporales de imágenes, ambas utilizadas para estudiar exoplanetas y otras fuentes variables en el tiempo; (12) modo de interferometría de enmascaramiento de apertura NIRISS, para la detección directa de un objeto débil que está muy cerca de uno brillante; (11) espectroscopía sin rendija de campo amplio NIRISS, para estudiar galaxias distantes; y (9) series de tiempo de objetos brillantes NIRSpec, para estudiar exoplanetas. Eso suma siete modos aprobados hasta la fecha, con 10 aún por ejecutar.

Estos son los primeros cubos de datos de ingeniería para cada una de las doce bandas espectrales de MRS, que ilustran el registro astrométrico y la calidad de imagen para las observaciones de HD 37122. En cada panel, el círculo cian discontinuo muestra una región de radio de 1 segundo de arco alrededor de la ubicación esperada de la estrella en coordenadas celestes. Si bien la estrella es brillante en longitudes de onda cortas, se desvanece hacia longitudes de onda más largas, donde el MRS también detecta la emisión térmica del espejo primario de Webb. Crédito: NASA, ESA y el Consorcio MIRI

Esta semana, presentamos el modo de espectroscopia de resolución media de MIRI y compartimos nuestros primeros datos de ingeniería espectroscópica. Le pedimos a dos de los miembros del equipo de puesta en marcha de MIRI, David Law, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI), y Alvaro Labiano, del Centro de Astrobiologίa (CAB), que nos explicaran este modo:

«Uno de los modos de instrumento más complejos de Webb es con el espectrómetro de resolución media (MRS) MIRI. El MRS es un espectrógrafo de campo integral, que proporciona información espectral y espacial simultáneamente para todo el campo de visión. El espectrógrafo proporciona datos tridimensionales «cubos» en los que cada píxel de una imagen contiene un espectro único. Tales espectrógrafos son herramientas extremadamente poderosas para estudiar la composición y la cinemática de los objetos astronómicos, ya que combinan los beneficios de la imagen tradicional y la espectroscopia.

«El MRS está diseñado para tener un poder de resolución espectral (longitud de onda observada dividida por la diferencia de longitud de onda más pequeña detectable) de aproximadamente 3000. Eso es lo suficientemente alto como para resolver características atómicas y moleculares clave en una variedad de entornos. En los desplazamientos al rojo más altos, el MRS será capaz de estudiar la emisión de hidrógeno de las primeras galaxias. Con desplazamientos al rojo más bajos, investigará las características de los hidrocarburos moleculares en las polvorientas galaxias cercanas y detectará las brillantes huellas dactilares espectrales de elementos como el oxígeno, el argón y el neón que pueden informarnos sobre las propiedades de gas ionizado en el medio interestelar Más cerca de casa, el MRS producirá mapas de características espectrales debido al hielo de agua y moléculas orgánicas simples en planetas gigantes en nuestro propio sistema solar y en discos formadores de planetas alrededor de otras estrellas.

Esta porción del rango de longitud de onda MIRI MRS muestra datos de calibración de ingeniería obtenidos de la galaxia Seyfert NGC 6552 (línea roja) en la constelación Draco. La fuerte característica de emisión se debe al hidrógeno molecular, con una característica adicional más débil cerca. La línea azul muestra un espectro Spitzer IRS de menor resolución espectral de una galaxia similar para comparar. Las observaciones de la prueba de Webb se obtuvieron para establecer la calibración de longitud de onda del espectrógrafo. Crédito: NASA, ESA y el Consorcio MIRI

«Para cubrir el amplio rango de longitud de onda de 5 a 28 micrones de la manera más eficiente posible, las unidades de campo integral MRS se dividen en doce bandas de longitud de onda individuales, cada una de las cuales debe calibrarse individualmente. En las últimas semanas, el equipo MIRI ( un gran grupo internacional de astrónomos de EE. UU. y Europa) se ha centrado principalmente en calibrar los componentes de imagen del MRS. Quieren asegurarse de que las doce bandas estén espacialmente bien alineadas entre sí y con MIRI Imager, para que pueda se puede utilizar para colocar objetivos con precisión en el campo de visión más pequeño de MRS. Mostramos algunos de los primeros resultados de prueba de este proceso de alineación, que ilustran la calidad de imagen lograda en cada una de las doce bandas usando observaciones de la brillante estrella gigante K HD 37122 (ubicada en el cielo austral cerca de la Gran Nube de Magallanes).

«Una vez que la alineación espacial y la calidad de imagen de las distintas bandas estén bien caracterizadas, el equipo de MIRI priorizará la calibración de la respuesta espectroscópica del instrumento. Este paso incluirá la determinación de la solución de longitud de onda y la resolución espectral en cada uno de los doce campos de visión utilizando observaciones de objetos compactos de línea de emisión y nebulosas planetarias difusas expulsadas por estrellas moribundas Mostramos el excepcional poder de resolución espectral del MRS con un pequeño segmento de un espectro obtenido de observaciones de ingeniería recientes del núcleo galáctico activo en el núcleo de la galaxia Seyfert NGC 6552 Una vez que se establezcan estas características básicas del instrumento, será posible calibrar el MRS para que esté listo para respaldar la gran cantidad de programas científicos del Ciclo 1 que comenzarán en unas pocas semanas».

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