MINERVA: La nueva contribución del Webb para comprender el amanecer cósmico

Fuente Universe Today

Uno de los aspectos desconcertantes de la astronomía es que el polvo simple es un obstáculo que los astrónomos deben superar con esfuerzo. En un Universo que contiene elementos fascinantes como agujeros negros supermasivos, aminoácidos en la superficie de los cometas y desconcertantes y potentes explosiones de ondas de radio extragalácticas, resulta un tanto humillante que las simples partículas de polvo requieran tanto esfuerzo para ser tratadas. Una de las razones por las que se construyó el potente JWST es para lidiar con este polvo.

Uno de los desafíos que enfrentan los cosmólogos que desean identificar y estudiar las galaxias más antiguas del Universo es que el polvo puede imitar el corrimiento al rojo. El polvo puede hacer que una galaxia no tan antigua parezca antigua. Esto es especialmente crítico para el JWST y sus objetivos científicos. Una de las razones por las que se construyó el telescopio espacial fue para observar en el tiempo las primeras estrellas y galaxias y comprender cómo se formaron.

El programa de observación MINERVA (Imágenes de Banda Media con NIRCam para Explorar la Astrofísica Revolucionaria) reexaminará los campos de galaxias ya observados por el JWST, pero esta vez en bandas de ondas no utilizadas anteriormente. MINERVA espera superar el problema del polvo para encontrar galaxias raras e inusuales oscurecidas por este en otras observaciones. Los valores atípicos y los hallazgos excepcionales suelen contener pistas importantes.

Los detalles del sondeo MINERVA se encuentran en un nuevo artículo de investigación titulado «MINERVA: Un sondeo de imágenes de banda media con NIRCam y MIRI para descubrir las joyas ocultas del universo distante». El autor principal es Adam Muzzin, de la Universidad de York. Danilo Marchesini, profesor de física y astronomía en Tufts, es coinvestigador principal de MINERVA.

Al combinar las observaciones de MIRI con las de NIRCam, MINERVA generará observaciones más precisas que las que cualquier instrumento podría realizar por separado. Estas observaciones revelarán más objetos oscurecidos por el polvo.

«La obtención de imágenes multilongitud de onda de alta calidad ha sido esencial en casi todos los grandes avances en el estudio moderno de la formación de galaxias», escriben los autores. «Si bien la espectroscopia sigue siendo la herramienta esencial para estudios más detallados de las galaxias, la mayoría de los estudios espectroscópicos se preseleccionan a partir de catálogos fotométricos». Los catálogos fotométricos multilongitud de onda son esenciales para avanzar en nuestra comprensión de las galaxias y su formación, y MINERVA creará uno de estos catálogos. Los autores afirman que facilitará el seguimiento espectroscópico durante las próximas décadas.

«La idea es obtener el conjunto de datos multilongitud de onda definitivo para la astronomía extragaláctica», declaró Marchesini en un comunicado de prensa. MINERVA se centrará en cuatro campos extragalácticos ya observados por el JWST: UDS, COSMOS, AEGIS y GOODS-N. Utilizará un total de aproximadamente 387 horas de observación, algunas de ellas simultáneas, para realizar su estudio. El tiempo de observación del JWST tiene una gran demanda, lo que explica la escasez de este tipo de conjuntos de datos.

«El JWST ya ha revelado poblaciones significativas de fuentes previamente invisibles para el HST y Spitzer», escriben los autores. «Algunos objetos exóticos podrían incluso ser oscuros para NIRCam y solo visibles en MIRI», explican, enfatizando la solidez de las observaciones en múltiples longitudes de onda.

Con los nuevos datos que recopilarán, «se obtiene un conocimiento muy preciso de las propiedades de esas galaxias y sus poblaciones estelares: la masa estelar de la galaxia, cuántas estrellas forma cada año y su historial de formación estelar», afirmó Marchesini.

Las imágenes de MINERVA permitirán a los astrónomos diferenciar entre fuentes de emisión. Podrán diferenciar entre agujeros negros supermasivos, estrellas completamente formadas y regiones de intensa formación estelar. MINERVA también distinguirá entre una galaxia inactiva y apagada que no está formando estrellas, y una galaxia activa con formación estelar oscurecida por polvo. Existen otros conjuntos de datos multilongitud de onda, pero MINERVA multiplicará por diez los campos extragalácticos con conjuntos de datos multilongitud de onda para que los astrónomos puedan trabajar con ellos.

“Esta área es importante, ya que también buscamos objetos raros”, afirmó Marchesini. “Es necesario muestrear un mayor volumen del universo para encontrar objetos raros y muy interesantes, especialmente si se observan las galaxias que se formaron por primera vez o estas fascinantes galaxias inactivas de los primeros mil millones de años de historia cósmica”.

“Uno de los objetivos del telescopio Webb es encontrar las primeras estrellas, las primeras galaxias”, explicó Marchesini. “Con MINERVA, queremos encontrar muchos objetos diferentes, y uno de ellos es buscar candidatos muy robustos de galaxias de los primeros 300 millones de años, o con un corrimiento al rojo superior a 13”.

Este período se denomina Amanecer Cósmico, cuando se formaron las primeras estrellas, galaxias e incluso agujeros negros. Este período representa una profunda transición en el Universo. Antes de las primeras estrellas, el Universo estaba dominado por hidrógeno neutro. En el Amanecer Cósmico, todo pasó de una extensión fría y oscura al Universo estelar que vemos hoy.

El Amanecer Cósmico sentó las bases de las galaxias y la estructura a gran escala del Universo moderno. Examinar estos universos primitivos puede explicar cómo todo se desarrolló como es y también puede proporcionarnos importantes pruebas de nuestras teorías sobre la física fundamental del Universo, incluyendo la energía oscura y la materia oscura.

Una parte crucial de este esfuerzo es diferenciar entre galaxias con un alto desplazamiento al rojo y aquellas oscurecidas por polvo. La luz oscurecida por polvo es mucho más tenue, lo que imita mayores desplazamientos al rojo. Los potentes instrumentos y filtros del JWST permiten detectar la diferencia.

MINERVA también abordará uno de los hallazgos más desconcertantes del JWST. El telescopio espacial acaparó titulares al descubrir los Pequeños Puntos Rojos (LRD). Los LRD son pequeños objetos cósmicos teñidos de rojo que datan de tan solo 600 millones de años después del Big Bang. Si bien existen muchas conjeturas, no hay consenso sobre su verdadera naturaleza. La teoría principal es que se trata de un tipo de galaxia primigenia que contiene agujeros negros supermasivos (SMBH) y tiene núcleos galácticos activos.

“MINERVA sin duda nos permitirá identificar pequeños puntos rojos de una manera mucho más robusta”, afirmó Marchesini, “precisando la evolución de la densidad numérica de pequeños puntos rojos y del agujero negro supermasivo central que creemos que los genera. Esto es fundamental para comprender cómo, por ejemplo, los agujeros negros supermasivos surgieron en el universo y cómo se conectan con la galaxia anfitriona que los alberga”.

Múltiples teorías rivales intentan explicar los SMBH, y solo una mayor evidencia observacional puede fortalecerlas o debilitarlas. MINERVA comenzó su labor de búsqueda de respuestas el 25 de julio y tendrá una duración aproximada de un año.

“Una vez completado, MINERVA se convertirá en una parte integral de los conjuntos de datos de imágenes de campo profundo del tesoro, mejorando significativamente los estudios de población con una integridad bien comprendida, desplazamientos al rojo fotométricos robustos, masas y tamaños estelares, y facilitando el seguimiento espectroscópico durante las próximas décadas”, escriben los autores.