WASHINGTON — La NASA está entregando regalos navideños temprano este año. Con la temporada de dar regalos acercándose, parece apropiado que los astrónomos hayan descubierto el «Clúster de Galaxias del Árbol de Navidad», ubicado a miles de millones de años luz de distancia.
El Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble se han unido para capturar una impresionante imagen del clúster de galaxias MACS0416, ofreciendo una vista completa del universo. Ubicado aproximadamente a 4.3 mil millones de años luz de la Tierra, MACS0416 está compuesto por dos clústeres de galaxias en colisión que eventualmente se fusionarán para formar un clúster aún más grande.
La imagen resultante, que combina luz visible e infrarroja, muestra una gran cantidad de detalles que solo pueden ser revelados mediante el aprovechamiento de las capacidades de ambos telescopios espaciales. La imagen no solo presenta una multitud de galaxias dentro del clúster, sino que también muestra fuentes que varían en brillo con el tiempo, probablemente debido a la lente gravitacional, un fenómeno en el que la luz de fuentes distantes de fondo se distorsiona y amplifica.
MACS0416 fue el primer objeto de un ambicioso y colaborativo programa de Hubble conocido como Frontier Fields, iniciado en 2014. Este programa tenía como objetivo explorar algunas de las galaxias más tenues y jóvenes jamás detectadas. Las observaciones infrarrojas de JWST han mejorado significativamente esta exploración profunda, adentrándose aún más en el universo temprano.
«Estamos construyendo sobre el legado de Hubble al llegar a mayores distancias y objetos más tenues», dice Rogier Windhorst de la Universidad Estatal de Arizona, investigador principal del programa PEARLS (Áreas Extragalácticas Principales para Ciencia de Reionización y Lentes), que realizó las observaciones de Webb, en un comunicado de prensa.
Descifrando los colores
Para crear la imagen, las longitudes de onda más cortas de la luz se asignaron al color azul, las longitudes de onda más largas se representaron como rojo, y las longitudes de onda intermedias se representaron como verde. Este amplio espectro, que va desde 0.4 hasta 5 micrones, proporciona un tapiz vívido de galaxias.
Los colores ofrecen pistas valiosas sobre las distancias de las galaxias: las galaxias azules están relativamente cerca y a menudo muestran una intensa formación de estrellas, como mejor se detecta con Hubble, mientras que las galaxias rojas tienden a estar más lejos, como se identifica con Webb. Algunas galaxias aparecen excepcionalmente rojas debido a su abundancia de polvo cósmico, que absorbe la luz estelar más azul.
«La imagen completa no se aclara hasta que se combinan los datos de Webb con los datos de Hubble», señala Windhorst.
El Clúster de Galaxias del Árbol de Navidad
Si bien las observaciones combinadas contribuyen a la apariencia estética de la imagen, también sirven a un propósito científico específico. El equipo de investigación combinó tres conjuntos de observaciones, tomadas semanas de diferencia, con un cuarto conjunto del equipo de investigación CANUCS (Encuesta de Cúmulos Desbiasados NIRISS de Canadá). El objetivo era detectar objetos cuyo brillo varía con el tiempo, conocidos como transitorios.
Los científicos identificaron 14 transitorios en el campo de visión. Doce de estos se encontraron dentro de tres galaxias altamente amplificadas por lentes gravitacionales y probablemente representan estrellas individuales o sistemas de estrellas múltiples que experimentan temporalmente una amplificación significativa. Los dos transitorios restantes se encontraban en galaxias de fondo moderadamente amplificadas y se cree que son supernovas.
«Estamos llamando al Clúster de Galaxias MACS0416 el Clúster de Galaxias del Árbol de Navidad, tanto porque es tan colorido como por estas luces titilantes que encontramos dentro de él», dice el autor principal del estudio, Haojing Yan, de la Universidad de Missouri en Columbia. «Podemos ver transitorios en todas partes».
La detección de numerosos transitorios en un período de tiempo relativamente corto sugiere que los astrónomos podrían descubrir aún más en este clúster y en otros similares mediante un monitoreo regular con el Telescopio Webb.
Un Sistema Estelar Notable – ‘Mothra’
Entre los transitorios identificados, un sistema estelar se destacó. Ubicado en una galaxia que existió aproximadamente tres mil millones de años después del Big Bang, este sistema estelar fue amplificado por un factor de al menos 4,000. El equipo lo apodó humorísticamente «Mothra», haciendo alusión a su extraordinario brillo y magnificación, similar a los famosos monstruos kaiju en el cine japonés.
Lo que hace que Mothra sea particularmente intrigante es su visibilidad en observaciones de Hubble tomadas nueve años antes. Esto es inusual, ya que mantener la alineación precisa requerida para amplificar una estrella en tal medida debería ser altamente improbable durante un período tan largo.
La explicación más plausible es la presencia de un objeto adicional dentro del cúmulo de galaxias en primer plano que aumenta aún más la magnificación. El equipo estimó que la masa de este llamado «milli-lente» está entre 10,000 y un millón de veces la masa de nuestro Sol. Sin embargo, la naturaleza exacta de este objeto sigue siendo un misterio.
«La explicación más probable es un cúmulo estelar globular que es demasiado tenue para que Webb lo vea directamente», dice el líder del estudio, Jose Diego, del Instituto de Física de Cantabria en España. «Pero aún no sabemos la verdadera naturaleza de este lente adicional».
Los datos del Telescopio Espacial James Webb presentados en esta imagen se obtuvieron como parte del programa PEARLS GTO 1176.
El estudio de Yan se publica en The Astrophysical Journal, mientras que el estudio de Diego se publica en la revista Astronomy & Astrophysics.
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