El espectrógrafo WEAVE comienza el estudio de la formación y la evolución de las galaxias
Los colores azul, verde y rojo de la parte central indican las velocidades derivadas de los espectros del WEAVE y se superponen a una imagen del quinteto de Stephan compuesta por la luz estelar (del telescopio CFHT) y la emisión de rayos X de gas caliente (banda difusa vertical azulada, del observatorio de rayos X Chandra). Créditos: Rayos X (azul): NASA/CXC/CfA/E. O’Sullivan, óptico (marrón): Canadá-Francia-Hawaii-Telescopio/Coelum, LIFU de WEAVE: Marc Balcells.
El telescopio William Herschel con el instrumento WEAVE. El posicionador de fibras del WEAVE se encuentra en la caja negra de 1,8 metros situada sobre el anillo superior. Las fibras ópticas recorren la estructura del telescopio hasta la plataforma de la izquierda, que aloja al espectrógrafo. Crédito: Sebastian Kramer.
Imagen del telescopio espacial James Webb (JWST) del quinteto de Stephan, con el contorno del apuntado del LIFU del WEAVE para la observación de la primera luz. Cada círculo indica una fibra óptica de 2,6 segundos de arco de diámetro. La observación proporciona información física de las diferentes regiones de cada una de las galaxias, así como de su entorno inmediato, con lo que, de un extremo a otro, abarcan 120.000 años luz. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI (imagen de fondo); Aladin (superposición con fibras).
La ventaja del LIFU proviene de la gran cantidad de información contenida en cada observación. Utilizando pequeños desplazamientos del apuntado, WEAVE ha producido, en dos horas, espectros para 31.500 regiones en el interior y en torno a estas galaxias. Créditos: Marc Balcells, Javier Méndez.
Más de 500 profesionales de la astronomía de toda Europa, entre los que se encuentran científicos de universidades y centros de investigación de Cataluña –de la UPC y del ICCUB–, han diseñado y planificado un total de cinco años de operaciones del espectrógrafo WEAVE, un potente instrumento instalado recientemente en el Observatorio de Canarias. Combinado con las medidas tomadas por el satélite Gaia, permite estudiar una amplia gama de casos de la ciencia estelar y galáctica. Las primeras observaciones muestran aspectos inéditos de la colisión entre las galaxias situadas en el corazón del quinteto de Stephan, a 280 millones de años luz de la Tierra.
14/12/2022
El grupo de telescopios Isaac Newton (ING) y el equipo del instrumento de WEAVE presentan las observaciones de la primera luz con el espectrógrafo WEAVE. Se trata de un potente espectrógrafo multifibras de nueva generación instalado en el telescopio William Herschel (WHT) del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Islas Canarias) que se ha puesto en marcha recientemente y que ya está generando datos de alta calidad.
Astrónomas y astrónomos de toda Europa han planificado ocho muestreos para observarlos con WEAVE, que comprenden estudios de la evolución estelar, la Vía Láctea, la evolución de las galaxias y la cosmología. En sinergia con el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea, WEAVE se usará para obtener espectros de varios millones de estrellas en el disco y el halo de nuestra galaxia, lo que permitirá hacer arqueología de la Vía Láctea. Las galaxias cercanas y lejanas se estudiarán para conocer la historia de de cómo crecieron. Y los cuásares se utilizarán como balizas para mapear la distribución espacial y la interacción del gas y las galaxias cuando el universo sólo tenía cerca del 20 % de la edad actual.
Las observaciones de la primera luz: las galaxias del quinteto de Stephan
El espectógrafo WEAVE apuntó hacia NGC 7318a y NGC 7318b, dos galaxias en el centro del quinteto de Stephan, un grupo de galaxias que interactúan entre ellas. Las galaxias que lo componen, cuatro de ellas a 280 millones de años luz de la Tierra, están colisionando entre ellas, lo que proporciona un excelente laboratorio próximo para estudiar las consecuencias de los choques entre galaxias y la su evolución posterior.
Las observaciones de la primera luz se llevaron a cabo con el grupo de fibras llamado Unidad de Gran Campo Integral —LIFU, por sus siglas en inglés—, uno de los tres sistemas de fibras del WEAVE. Cuando se emplea el LIFU, 547 fibras ópticas muy compactas transmiten la luz de una zona hexagonal del cielo hasta el espectrógrafo, donde se analiza y graba.
El LIFU del espectrógrafo WEAVE ha medido una gran cantidad de espectros individuales de las dos galaxias centrales del quinteto de Stephan y su entorno, y ha examinado la intensidad de los colores de su luz, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Estos espectros revelan, entre otra información, detalles imprescindibles para el estudio de los procesos de colisión como el movimiento y distribución de las estrellas y el gas, y su composición química. A partir de estos datos, se puede aprender cómo las colisiones de galaxias transforman las otras galaxias del grupo.
Marc Balcells, director de ING, explica que el objectivo "ha sido instalar un instrumento único que nos permita llevar a cabo investigaciones astronómicas de vanguardia. Ha sido fantástico recibir el apoyo financiero de las agencias nacionales de investigación de los tres países socios del ING (Reino Unido, España y Países Bajos), así como contribuciones de otros países que no pertenecen al ING (Francia y Italia). Nos complace demostrar que la parte LIFU de WEAVE no sólo funciona, sino que produce datos de gran calidad. Los telescopios ING continuarán ofreciendo resultados de alto impacto científico en los próximos años. Esperamos anunciar en breve los acontecimientos de primera luz para los otros modos de observación, que actualmente se encuentran en la fase final de calibración".
El WEAVE, un espectrógrafo de nueva generación
El espectrógrafo WEAVE utiliza fibras ópticas para recoger la luz de objetos celestes y la transmite a un espectrógrafo que separa la luz según sus diferentes longitudes de onda. Puede trabajar con dos resoluciones espectrales diferentes, que se utilizan para medir las velocidades de los objetos en la línea de visión (mediante el efecto Doppler) y determinar su composición química. La versatilidad del WEAVE es uno de sus principales puntos fuertes. Mientras que el modo LIFU contiene cientos de fibras en una distribución compacta, fundamentales para conseguir imágenes de áreas extendidas en el cielo, en el modo MOS se pueden colocar cerca de un millar de fibras individuales (mediante dos robots) para recoger simultáneamente la luz de estrellas, galaxias o cuásares. Durante los cinco primeros años de operación se espera obtener espectros de millones de estrellas y galaxias individuales, un objetivo que puede alcanzarse gracias a la capacidad del espectrógrafo WEAVE de observar tantos cuerpos a la vez.
La contribución catalana al espectrógrafo WEAVE
En este proyecto participan científicos del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC). El Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) participa con investigadores de las unidades del ICUCB y la UPC. Las instituciones catalanas han trabajado, desde el inicio del proyecto, en la definición de los objetivos científicos y en la selección de los objetos que se observarían –desde estrellas en diversas fases evolutivas hasta cúmulos estelares–, así como en el muestreo de cuásares, galaxias de núcleo activo muy lejanas extremadamente brillantes. En concreto, dos científicas del ICCUB-IEEC, Maria Monguió y Mercè Romero-Gómez, y un investigador de la UPC, Roberto Raddi, del Departamento de Física y profesor de la Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Aeroespacial de Castelldefels (EETAC), forman parte de los grupos internacionales de trabajo sobre estrellas jóvenes, arqueología galáctica y enanas blancas que integran el equipo de científicos responsables de planificar las observaciones. Teresa Antoja e Ignasi Pérez-Ràfols, también del ICUCB-IEEC, colideran los equipos de investigación responsables de la dinámica del disco galáctico y de los cuásares, respectivamente.
Roberto Raddi, a propósito de la contribución de la UPC, comenta: "Nuestro equipo contribuirá al estudio de unas 100.000 enanas blancas previamente observadas por Gaia, y descubrirá los secretos que se esconden detrás de las últimas fases evolutivas de las estrellas similares al Sol, incluyendo el destino de sus sistemas planetarios, así como los mecanismos que llevan a las explosiones de supernova en los sistemas binarios con enanas blancas".
Maria Monguió, del Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB-IEEC), afirma: "Después de años de preparación, esperamos poder obtener en breve los primeros espectros de estrellas del disco de nuestra galaxia. La cantidad y calidad de los millones de espectros que esperamos observar nos permitirá, entre otros, analizar regiones de formación estelar reciente y medir cómo se mueven las estrellas. Estos datos, junto con los que aporta la misión Gaia, nos permitirán abordar cuestiones fundamentales sobre la formación y la evolución de la Vía Láctea".
