L’espectrògraf WEAVE comença l’estudi de la formació i l’evolució de les galàxies
Els colors blau, verd i vermell de la part central indiquen les velocitats derivades dels espectres del WEAVE i se superposen a una imatge del quintet d'Stephan composta per la llum estel·lar (del telescopi CFHT) i l’emissió de raigs X de gas calent (banda difusa vertical blavosa, de l’observatori de raigs X Chandra). Crèdits: Raigs X (blau), NASA/CXC/CfA/E. O’Sullivan; òptic (marró), Canadà-França-Hawaii-Telescopi/Coelum, i LIFU de WEAVE: Marc Balcells
El telescopi William Herschel amb l’instrument WEAVE. El posicionador de fibres del WEAVE és a la caixa negra d’1,8 metres, situada sobre l’anell superior. Crèdit: Sebastian Kramer.
Imatge del telescopi espacial James Webb (JWST) del quintet d'Stephan, amb el contorn de l’apuntat del LIFU del WEAVE per a l’observació de la primera llum. Cada cercle indica una fibra òptica de 2,6 segons d’arc de diàmetre. L’observació proporciona informació física de les diferents regions de cadascuna de les galàxies, així com del seu entorn immediat, amb la qual cosa, d’un extrem a l’altre, abracen 120.000 anys llum. Crèdits: NASA, ESA, CSA, STScI (imatge de fons); Aladin (superposició amb fibres).
L’avantatge del LIFU prové de la gran quantitat d’informació continguda en cada observació. Utilitzant petits desplaçaments de l’apuntat, WEAVE ha produït, en dues hores, espectres per a 31.500 regions a l’interior i al voltant d’aquestes galàxies. Crèdits: Marc Balcells, Javier Méndez.
Més de 500 professionals de l’astronomia d’arreu d’Europa, entre els quals hi ha científics d’universitats i centres de recerca de Catalunya –de la UPC i l'ICCUB–, han dissenyat i planificat un total de cinc anys d’operacions de l'espectògraf WEAVE, un potent instrument instal·lat recentment a l’Observatori de Canàries. Combinat amb les mesures preses pel satèl·lit Gaia, permet estudiar una àmplia gamma de casos de la ciència estel·lar i galàctica. Les primeres observacions mostren aspectes inèdits de la col·lisió entre les galàxies situades en el cor del quintet de Stephan, a 280 milions d’anys llum de la Terra.
14/12/2022
El grup de telescopis Isaac Newton (ING) i l’equip de l’instrument de WEAVE presenten les observacions de la primera llum amb l’espectrògraf WEAVE. Es tracta d'un potent espectrògraf multifibres de nova generació instal·lat al telescopi William Herschel (WHT) de l’Observatori del Roque de los Muchachos (La Palma, Illes Canàries), que s’ha posat en marxa recentment i que ja està generant dades de molta qualitat.
Astrònomes i astrònoms d’arreu d’Europa han planificat vuit mostrejos per observar-los amb WEAVE que comprenen estudis de l’evolució estel·lar, la Via Làctia, l’evolució de les galàxies i la cosmologia. En sinergia amb el satèl·lit Gaia de l’Agència Espacial Europea (ESA, per les sigles en anglès), l'espectrògraf WEAVE s’emprarà per obtenir espectres de diversos milions d’estrelles al disc i l’halo de la nostra galàxia. I permetrà fer arqueologia de la Via Làctia: les galàxies properes i llunyanes s’estudiaran per conèixer la història de com van créixer, i els quàsars s’utilitzaran com a balises per mapejar la distribució espacial i la interacció del gas i les galàxies quan l’univers només tenia prop del 20 % de l’edat actual.
Les observacions de la primera llum: les galàxies del quintet d'Stephan
L'espectògraf WEAVE va apuntar cap a NGC 7318a i NGC 7318b, dues galàxies al centre del quintet d'Stephan. Les galàxies que componen el quintet, quatre de les quals són a 280 milions d’anys llum de la Terra, estan col·lisionant entre elles, fet que proporciona un excel·lent laboratori proper per estudiar les conseqüències dels xocs entre galàxies i la seva evolució posterior.
Les observacions de la primera llum es van dur a terme amb el grup de fibres anomenat Unitat de Gran Camp Integral –LIFU, per les sigles en anglès–, un dels tres sistemes de fibres del WEAVE. Quan s’empra el LIFU, 547 fibres òptiques molt compactes transmeten la llum d’una zona hexagonal del cel fins a l’espectrògraf, on s’analitza i s’enregistra.
El LIFU de l’espectrògraf WEAVE ha mesurat una gran quantitat d’espectres individuals de les dues galàxies centrals del quintet de Stephan i el seu entorn, i ha examinat la intensitat dels colors de la seva llum, des de l’ultraviolat fins a l’infraroig proper. Aquests espectres revelen, entre altra informació, detalls imprescindibles per a l’estudi dels processos de col·lisió com ara el moviment i la distribució de les estrelles i el gas, i la seva composició química. A partir d’aquestes dades, es pot aprendre de quina manera les col·lisions de galàxies transformen les altres galàxies del grup.
Marc Balcells, director de l’ING, explica que l'objectiu és "instal·lar un instrument únic que ens permeti dur a terme investigacions astronòmiques d’avantguarda. Ha estat fantàstic rebre el suport financer de les agències nacionals de recerca dels tres països socis de l’ING (Regne Unit, Espanya i Països Baixos), així com contribucions d’altres països que no pertanyen a l’ING (França i Itàlia). Ens complau demostrar que la part LIFU de WEAVE no només funciona, sinó que produeix dades de gran qualitat. Els telescopis ING continuaran oferint resultats d’alt impacte científic durant els propers anys. Esperem anunciar ben aviat els esdeveniments de primera llum per als altres modes d’observació, que actualment es troben en la fase final de calibratge".
WEAVE, un espectrògraf de nova generació
L’espectrògraf WEAVE fa servir fibres òptiques per recollir la llum d’objectes celestes i la transmet a un espectrògraf que separa la llum segons les seves diferents longituds d’ona. Pot treballar amb dues resolucions espectrals diferents, que s’utilitzen per mesurar les velocitats dels objectes en la línia de visió (mitjançant l’efecte Doppler) i determinar-ne la composició química. La versatilitat del WEAVE és un dels seus punts forts: mentre que el mode LIFU conté centenars de fibres en una distribució compacta, fonamentals per aconseguir imatges d’àrees esteses en el cel, en el mode MOS es poden col·locar prop d’un miler de fibres individuals (mitjançant dos robots) per recollir simultàniament la llum d’estrelles, galàxies o quàsars. Durant els cinc primers anys d’operació s’espera obtenir espectres de milions d’estrelles i galàxies individuals, un objectiu que es pot assolir gràcies a la capacitat de l’espectrògraf d’observar tants cossos alhora.
La contribució catalana a l’espectrògraf
En aquest projecte hi participen científics de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC). L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) hi pren part amb investigadors de les unitats de l’ICCUB i la UPC. Les institucions catalanes han treballat, des de l’inici del projecte, en la definició dels objectius científics i en la selecció dels objectes que s’observarien —des d’estrelles en diverses fases evolutives fins a cúmuls estel·lars—, així com en el mostreig de quàsars, galàxies de nucli actiu molt llunyanes extremament brillants. En concret, dues investigadores de l’ICCUB-IEEC, Maria Monguió i Mercè Romero-Gómez, i un investigador de la UPC, Roberto Raddi, del Departament de Física i professor de l'Escola d'Enginyeria de Telecomunicació i Aeroespacial de Castelldefels (EETAC), formen part dels grups internacionals de treball sobre estrelles joves, arqueologia galàctica i nanes blanques que integren l’equip de científics responsables de planificar les observacions. Teresa Antoja i Ignasi Pérez-Ràfols, també de l’ICCUB-IEEC, colideren els equips de recerca responsables de la dinàmica del disc galàctic i dels quàsars, respectivament.
Roberto Raddi, a propòsit de la contribució de la UPC, comenta: "El nostre equip contribuirà a l’estudi d’unes 100.000 nanes blanques prèviament observades per Gaia, i descobrirà els secrets que s’amaguen darrere de les últimes fases evolutives de les estrelles semblants al Sol, incloent-hi el destí dels seus sistemes planetaris, així com els mecanismes que porten a les explosions de supernova en els sistemes binaris amb nanes blanques".
Maria Monguió, de l'ICCUB-IEEC, afirma: "Després d’anys de preparació, esperem poder obtenir ben aviat els primers espectres d’estrelles del disc de la nostra galàxia. La quantitat i qualitat dels milions d’espectres que esperem observar ens permetrà, entre d’altres, analitzar regions de formació estel·lar recent i mesurar com es mouen les estrelles. Aquestes dades, juntament amb les que aporta la missió Gaia, ens permetran abordar qüestions fonamentals sobre la formació i l’evolució de la Via Làctia".
