Un equipo de investigación internacional estudiará estrellas, cúmulos de estrellas y polvo en 19 galaxias cercanas.

Para entender las galaxias, necesitas entender cómo se forman las estrellas. Más de 100 investigadores de todo el mundo han colaborado para reunir observaciones de galaxias espirales cercanas tomadas con los telescopios de radio, visible y ultravioleta más poderosos del mundo, y pronto agregarán un conjunto completo de imágenes infrarrojas de alta resolución de NASAestá Telescopio espacial James Webb. Con este innovador conjunto de datos, los astrónomos podrán estudiar las estrellas a medida que comienzan a formarse en nubes de gas oscuro y polvoriento, desentrañar cuándo estas estrellas incipientes persiguen ese gas y polvo, e identificar estrellas en capas más maduras que se hinchan en capas de gas y polvo. – todo por primera vez en un conjunto diverso de galaxias espirales.

Esta imagen de la galaxia espiral NGC 3351 combina observaciones de múltiples observatorios para revelar detalles sobre sus estrellas y gas. Las observaciones de radio del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) muestran un gas molecular magenta denso. El instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) del Very Large Telescope destaca los lugares donde las estrellas masivas jóvenes iluminan su entorno, en rojo. Las imágenes del telescopio espacial Hubble resaltan las líneas de polvo en blanco y las estrellas recién formadas en azul. Las imágenes infrarrojas de alta resolución del Telescopio Espacial Webb ayudarán a los investigadores a identificar dónde se están formando las estrellas detrás del polvo y estudiar las primeras etapas de formación estelar en esta galaxia. Crédito: Ciencia: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)

Las espirales se encuentran entre las formas más cautivadoras del universo. Aparecen en intrincadas conchas marinas, telarañas cuidadosamente construidas e incluso en los bucles de las olas del océano. Las espirales de escala cósmica, como las que se ven en las galaxias, son aún más sorprendentes, no solo por su belleza, sino también por la abrumadora cantidad de información que contienen. ¿Cómo se forman las estrellas y los cúmulos estelares? Hasta hace poco, una respuesta completa estaba fuera de alcance, bloqueada por gas y polvo. En su primer año de funcionamiento, el telescopio espacial James Webb de la NASA ayudará a los investigadores a esbozar un ciclo de vida estelar más detallado con imágenes infrarrojas de alta resolución de 19 galaxias.

El telescopio también proporcionará algunas «piezas de rompecabezas» clave que faltaban hasta ahora. «JWST aborda tantas fases diferentes del ciclo de vida estelar, todas con una resolución extraordinaria», dijo Janice Lee, científica en jefe del Observatorio Gemini en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias en Tucson, Arizona. «Webb revelará la formación estelar en sus primeras etapas, justo cuando el gas colapsa para formar estrellas y calienta el polvo circundante».

A Lee se unen David Thilker de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, Kathryn Kreckel de la Universidad de Heidelberg en Alemania y otros 40 miembros del programa de estudio de longitud de onda múltiple conocido como PHANGS (Física en alta resolución angular en galaxias cercanas). ¿Su misión? No solo para descubrir los misterios de la formación estelar con las imágenes infrarrojas de alta resolución de Webb, sino también para compartir los conjuntos de datos con la comunidad astronómica más amplia para acelerar el descubrimiento.

Los ritmos de formación estelar

PHANGS es nuevo, en parte porque reunió a más de 100 expertos internacionales para estudiar la formación estelar de principio a fin. Apuntan a galaxias visibles desde el frente desde la Tierra y distantes en promedio a 50 millones de años luz. La gran colaboración comenzó con imágenes de luz de microondas de 90 galaxias del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile. Los astrónomos usan estos datos para producir mapas de gases moleculares para estudiar las materias primas necesarias para formar estrellas. Una vez el telescopio muy grandeExplorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSA), también en Chile, ha sido puesto en línea, han obtenido datos conocidos como espectros para estudiar las fases posteriores de formación de estrellas en 19 galaxias, particularmente después de que los cúmulos de estrellas hayan limpiado el gas y el polvo cercanos. El espacio El Telescopio Espacial Hubble proporcionó observaciones de luz visible y ultravioleta de 38 galaxias para agregar imágenes de alta resolución de estrellas individuales y cúmulos de estrellas.

Esta imagen de la galaxia espiral NGC 1300 combina múltiples observaciones para mapear poblaciones estelares y gas. La luz de radio observada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que se muestra en amarillo, resalta las nubes de gas molecular frío que proporcionan la materia prima a partir de la cual se forman las estrellas. Los datos del instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) del Very Large Telescope se muestran en rojo y magenta, capturando el impacto de las estrellas masivas jóvenes en el gas que las rodea. La luz visible y ultravioleta capturada por el telescopio espacial Hubble resalta las líneas de polvo en dorado y las estrellas muy jóvenes y calientes en azul. Las imágenes infrarrojas de alta resolución del Telescopio Espacial Webb ayudarán a los investigadores a identificar dónde se están formando las estrellas detrás del polvo y estudiar las primeras etapas de formación estelar en esta galaxia.
Créditos: Ciencia: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI)

Los elementos que faltan, que Webb completará, se encuentran en gran parte en áreas de galaxias que están oscurecidas por el polvo, regiones donde las estrellas comienzan a formarse activamente. «Claramente vamos a ver cúmulos de estrellas en el centro de estas densas nubes moleculares de las que anteriormente solo teníamos evidencia circunstancial», dijo Thilker. «Webb nos está dando una forma de mirar dentro de estas ‘fábricas de estrellas’ para ver cúmulos de estrellas recién ensamblados y medir sus propiedades antes de que evolucionen».

Los nuevos datos también ayudarán al equipo a determinar la edad de las poblaciones estelares en una muestra diversa de galaxias, lo que ayudará a los investigadores a construir modelos estadísticos más precisos. “Siempre ponemos el contexto de las escalas pequeñas en el panorama general de las galaxias”, explicó Kreckel. «Con Webb, rastrearemos la secuencia evolutiva de estrellas y cúmulos de estrellas en cada galaxia».

Otra respuesta importante que están buscando se refiere al polvo que rodea a las estrellas, en el medio interestelar. Webb les ayudará a determinar qué áreas de gas y polvo están asociadas con regiones específicas de formación estelar y cuáles son material interestelar que flota libremente. “No se podía hacer antes, más allá de las galaxias más cercanas. Será transformador”, agregó Thilker.

El equipo también está trabajando para comprender el momento del ciclo de formación estelar. «Las escalas de tiempo son esenciales en astronomía y física», dijo Lee. «¿Cuánto tiempo toma cada etapa de formación estelar? ¿Cómo podrían variar estos tiempos en diferentes entornos galácticos? Queremos medir cuándo estas estrellas se liberan de sus nubes de gas para comprender cómo se altera la formación estelar.

ciencia para todos

Estas observaciones de Webb se tomarán como parte de un programa del Tesoro, lo que significa que no solo estarán disponibles de inmediato para el público, sino que también tendrán un valor científico amplio y duradero. El equipo trabajará para crear y publicar conjuntos de datos que alineen los datos de Webb con cada uno de los conjuntos de datos complementarios de ALMA, MUSE y Hubble, lo que permitirá a los futuros investigadores atravesar fácilmente cada galaxia y sus poblaciones estelares, activando y deshabilitando varias longitudes de onda y haciendo zoom. en píxeles individuales de imágenes. Proporcionarán inventarios de las diferentes fases del ciclo de formación estelar, incluidas las regiones de formación estelar, las estrellas jóvenes, los cúmulos estelares y las propiedades del polvo local.

Esta investigación se llevará a cabo a través de los programas de Observador General (GO) de Webb, que se seleccionan de forma competitiva mediante un sistema de revisión doble ciego, el mismo sistema que se utiliza para asignar el tiempo en el Telescopio Espacial Hubble.

El telescopio espacial James Webb es el primer observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.