Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Un equipo de investigación internacional examinará las estrellas, los cúmulos de estrellas y el polvo que se encuentran 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 realizadas con los telescopios de radio, visible y ultravioleta más potentes del mundo, y pronto agregarán un conjunto completo de imágenes infrarrojas de alta resolución de NASAen Telescopio espacial James Webb. Con este innovador conjunto de datos, los astrónomos podrán estudiar las estrellas a medida que comienzan a formarse dentro de nubes de gas oscuras y polvorientas, desenredar cuando estas estrellas jóvenes expulsen ese gas y polvo e identificar estrellas más maduras que están expulsando 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 gas molecular denso en magenta. El instrumento Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) del Very Large Telescope destaca dónde estrellas jóvenes masivas 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 son algunas de las formas más cautivadoras del universo. Aparecen en intrincados caparazones, telarañas cuidadosamente construidas e incluso en los rizos de las olas del océano. Las espirales de escala cósmica, como las que se ven en las galaxias, son aún más impresionantes, no solo por su belleza, sino también por la gran cantidad de información que contienen. ¿Cómo se forman las estrellas y los cúmulos de estrellas? Hasta hace poco, una respuesta completa a menudo estaba fuera de su alcance, bloqueada por el gas y el polvo. En su primer año de operaciones, el telescopio espacial James Webb de la NASA ayudará a los investigadores a completar un bosquejo más detallado del ciclo de vida estelar con imágenes de luz infrarroja de alta resolución de 19 galaxias.

El telescopio también proporcionará algunas «piezas de rompecabezas» importantes que faltaban hasta ahora. «JWST toca tantas fases diferentes del ciclo de vida estelar, todo en una resolución tremenda», dijo Janice Lee, científica jefe del Observatorio Gemini en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias en Tucson, Arizona. «Webb revelará la formación de estrellas 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 40 miembros adicionales del programa de investigación de longitud de onda múltiple conocido como PHANGS (Física en alta resolución angular en Near GalaxieS). . ¿Su misión? No solo para desentrañar los misterios de la formación estelar con las imágenes infrarrojas de alta resolución de Webb, sino también para compartir los conjuntos de datos con toda la comunidad astronómica para acelerar el descubrimiento.

Los ritmos de la formación estelar

PHANGS es nuevo, en parte, porque ha reunido a más de 100 expertos internacionales para estudiar la formación estelar de principio a fin. Apuntan a galaxias que se pueden ver desde el frente de la Tierra y que están, en promedio, a 50 millones de años luz de distancia. La gran colaboración comenzó con imágenes de microondas de 90 galaxias del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) En Chile. Los astrónomos usan estos datos para producir mapas moleculares de gas para estudiar las materias primas para la formación de estrellas. una vez el telescopio muy grandeExplorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSA), también en Chile, se pusieron en línea, obtuvieron datos conocidos como espectros para estudiar las últimas etapas de formación estelar de 19 galaxias, particularmente después de que los cúmulos estelares limpiaran el gas y el polvo cercanos. El espacio basado 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 varias observaciones para mapear poblaciones estelares y gas. La luz de radio observada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), representada 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 Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) del Very Large Telescope se representan en rojo y magenta, capturando el impacto de estrellas jóvenes y masivas 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. «Vamos a ver claramente cúmulos de estrellas en el corazón de estas densas nubes moleculares de las que anteriormente solo teníamos evidencia indirecta», dijo Thilker. “Webb nos brinda una forma de mirar dentro de estas ‘fábricas de estrellas’ para ver los cúmulos de estrellas recién ensamblados y medir sus propiedades antes de que evolucionen”.

Los nuevos datos también ayudarán al equipo a identificar las edades de las poblaciones estelares en una muestra diversa de galaxias, lo que ayudará a los investigadores a construir modelos estadísticos más precisos. “Siempre estamos poniendo el contexto de 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 involucra el polvo alrededor de 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 flotante. “Esto 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 críticas en astronomía y física. ¿Cuánto dura cada etapa de formación estelar? ¿Cómo podrían variar estas líneas de tiempo en diferentes entornos galácticos? Queremos medir cuándo estas estrellas se liberan de sus nubes de gas para comprender cómo se interrumpe 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 analizar fácilmente cada galaxia y sus poblaciones estelares activando y desactivando varias longitudes de onda. en píxeles individuales de las 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 encuesta se llevará a cabo como parte de los programas de Observador General (GO) de Webb, que se seleccionan de manera competitiva mediante un sistema de revisión anónimo dual, el mismo sistema que se usa para asignar el tiempo en el Telescopio Espacial Hubble.

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigará 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.