Modelo mejorado para la distribución de masa del cúmulo de galaxias SMACS J0723.3−7327 basado en la imagen del telescopio Webb


Usando la primera imagen científica publicada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) este mes, un equipo internacional de científicos con una contribución significativa de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha construido un modelo mejorado para la distribución masiva del cúmulo de galaxias SMACS J0723. .3−7327.

Actuando como una llamada lente gravitatoria, el cúmulo de galaxias en primer plano produce múltiples imágenes de las galaxias de fondo y las magnifica. Una familia de tales imágenes múltiples pertenece a una galaxia, que el modelo predice que está a una distancia de unos 13 Gyrs, es decir, cuya luz viajó unos 13 mil millones de años antes de llegar al telescopio.

Esta imagen del JWST muestra el cúmulo de galaxias SMACS J0723.3−7327 con una gran cantidad de galaxias de fondo con lentes. La barra blanca en la parte inferior corresponde a 50 segundos de arco, que es aproximadamente el tamaño máximo de Júpiter observado desde la Tierra. Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI

La primera imagen científica publicada por el telescopio espacial James Webb (JWST) fue de una lente gravitacional, en particular, el cúmulo de galaxias SMACS J0723.3−7327. Las lentes gravitacionales, especialmente los cúmulos de galaxias, magnifican la luz de las galaxias de fondo y producen múltiples imágenes de ellas. Antes de JWST, se conocían 19 imágenes múltiples de seis fuentes de fondo en SMACS J0723.3-7327. Los datos de JWST ahora revelaron 27 imágenes múltiples adicionales de otras diez fuentes con lentes.

«En este primer paso hacia el camino abierto por JWST, utilizamos datos recientes de este nuevo telescopio para modelar el efecto de lente de SMACS0723 con gran precisión», señala Gabriel Bartosch Caminha, becario postdoctoral en TUM, el Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA) y el Centro Alemán de Lentes Cosmológicas (GCCL). La colaboración primero utilizó datos del Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) para construir un modelo de lente «pre-JWST», y luego lo refinó con imágenes de infrarrojo cercano JWST recientemente disponibles. «La imagen de JWST es absolutamente asombrosa y hermosa, y muestra muchas más fuentes de fondo con lentes múltiples, lo que nos permitió refinar sustancialmente nuestro modelo de masa de lentes», agrega.

En esta imagen, las diversas galaxias de fondo con lentes múltiples están numeradas, con colores cian que indican sistemas de imágenes múltiples ya conocidos y colores verdes que indican nuevas fuentes con lentes múltiples. Los recuadros muestran imágenes ampliadas de una galaxia muy distante con alguna subestructura indicada por las flechas verdes. Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI (anotaciones de MPA)

Uno de los modelos más precisos disponibles.

Muchas de estas nuevas fuentes con lentes aún no tienen estimaciones de distancia, y los científicos usaron su modelo de masa para predecir qué tan lejos es probable que estén estas galaxias con lentes. Se descubrió que uno de ellos estaba probablemente a la asombrosa distancia de 13 Gyrs (desplazamiento al rojo > 7,5), es decir, su luz se emitió durante las primeras etapas del universo. Esta galaxia tiene lentes múltiples en tres imágenes y su luminosidad se magnifica por un factor de μ≈20 en total.

Sin embargo, para estudiar estos objetos primordiales, es fundamental describir con precisión el efecto de lente del cúmulo de galaxias en primer plano. «Nuestro modelo de masa preciso forma la base para la exploración de los datos del JWST», enfatiza Sherry Suyu, profesora de cosmología observacional en TUM, líder del grupo de investigación Max Planck en MPA y profesora visitante en el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica. «Las espectaculares imágenes del JWST muestran una gran variedad de galaxias con lentes fuertes, que se pueden estudiar en detalle gracias a nuestro modelo preciso».

El nuevo modelo para la distribución masiva del grupo de primer plano es capaz de reproducir las posiciones de todas las imágenes múltiples con gran precisión, lo que convierte al modelo en uno de los más precisos disponibles. Para los estudios de seguimiento de estas fuentes, los modelos de lentes, incluidos los mapas de aumento y los desplazamientos al rojo (es decir, las distancias) estimados a partir del modelo, se ponen a disposición del público. «Estamos muy entusiasmados con esto», agrega Suyu. «Esperamos ansiosamente las futuras observaciones del JWST de otros cúmulos de galaxias con lentes fuertes. Estos no solo nos permitirán restringir mejor las distribuciones de masa de los cúmulos de galaxias, sino también estudiar galaxias con alto corrimiento al rojo».

Con información de Technical University Munich

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