Estrellas centelleantes: descubrimiento de cúmulos globulares evolucionados con alto desplazamiento al rojo con JWST

Título: The Sparkler: cúmulos globulares evolucionados de alto corrimiento al rojo capturados por JWST

Autores: Lamiya A. Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Nelson Caldwell, et al.

Institución del primer autor: Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica, 50 St. George Street, Toronto, Ontario M5S 3H4, Canadá

Estado: Enviado a ApJL [open access]

Sólo ha pasado un mes, pero el Telescopio espacial James Webb (JWST) ya ha capturado los corazones de millones con su excelente primeras fotos cúmulos de galaxias, nebulosas masivas y Vistas de Júpiter como nunca has visto antes. Y con la ayuda de estas imágenes, los científicos ya están haciendo descubrimientos récord, como el galaxia más antigua jamás descubiertadetector el agua y CO2 en la atmósfera de un exoplaneta extraterrestre, y galaxias espirales que son rojo y muerto. Estas imágenes son un tesoro de información aparentemente interminable, y los autores del artículo de hoy han descubierto estrellas brillantes en la primera y más profunda imagen de JWST.

Esta imagen es del gran cúmulo de galaxias. SMACS J0723 (indicada a continuación). Este cúmulo gigante exhibe un fenómeno llamado fuerte lente gravitacional: es tan masivo que actúa como una lupa, distorsionando la luz de objetos mucho más distantes con tanta fuerza que los astrónomos pueden ver y detectando la luz de fuentes demasiado distantes para ver de otra manera. Hay cientos de objetos con lentes en la imagen del JWST, pero un objeto particularmente brillante llamó la atención de los autores: una galaxia con lentes rodeada de muchos puntos brillantes de luz a la que acertadamente llamaron “la bengala”, que se muestra a continuación en la Figura 1.

Una fotografía completamente llena de galaxias brillantes y algunas estrellas de todos los colores. Algunas de las galaxias se ven notablemente distorsionadas y distorsionadas. — **Figura 1**: a) una imagen JWST de SMACS J0723, el cúmulo de galaxias teniendo en cuenta el Sparkler. *Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI. b)* La imagen más a la izquierda muestra las tres imágenes con lentes del Sparkler dentro del SMACS J0723, las otras tres muestran las tres imágenes en detalle. Sus posiciones están etiquetadas numéricamente en la subparcela más a la izquierda. Figura 1 en el artículo.

Una imagen de cuatro paneles, con un panel largo a la izquierda y a la derecha y dos paneles cuadrados en el medio, uno arriba y otro abajo. El panel más a la izquierda muestra la imagen ampliada hacia la izquierda con puntos brillantes de luz que son en su mayoría galaxias rojas y algunas azules. Los otros tres paneles muestran la galaxia con lente Sparkler: es difusa y azul, parecida a una mota, rodeada de pequeños puntos rojos. Se ve irregularmente circular en la imagen central superior y estirada en las otras dos imágenes. El panel central inferior presenta un artefacto estelar azul brillante en la parte superior de la galaxia. — **Figura 1**: a) una imagen JWST de SMACS J0723, el cúmulo de galaxias teniendo en cuenta el Sparkler. *Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI. b)* La imagen más a la izquierda muestra las tres imágenes con lentes del Sparkler dentro del SMACS J0723, las otras tres muestran las tres imágenes en detalle. Sus posiciones están etiquetadas numéricamente en la subparcela más a la izquierda. Figura 1 en el artículo.

Si miras la Figura 1, podrías pensar que estás mirando 3 objetos diferentes, ninguno de los cuales se parece a las galaxias típicas que podrías estar acostumbrado a ver. Debido a la extraña geometría de cómo la luz se curva alrededor de objetos masivos, una galaxia lente a menudo parece haber sido estirada desde su forma original de disco, y generalmente vemos múltiples imágenes de la misma galaxia en diferentes posiciones alrededor del grupo de lentes. En este caso, vemos tres imágenes de la bengala, con la segunda imagen ampliada por un factor que va de 10 a 100x. Los autores estaban interesados en determinar la naturaleza de las fuentes puntuales que rodean la galaxia: esos conglomerados altamente concentrados de estrellas que llamamos cúmulos globulareso cúmulos estelares muy densos que se están formando activamente?

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Brilla como una chispa

Para responder a esta pregunta, los autores utilizaron las imágenes y los espectros del JWST en conjunto. Su primer paso fue seleccionar “chispas” candidatas alrededor de la galaxia en regiones no contaminadas por otras fuentes. Luego actuaron fotometría de apertura sobre estas fuentes en diferentes filtros, dibujando un círculo alrededor de cada fuente y usando un algoritmo que mide cuánta luz emite en diferentes longitudes de onda. Esta es una medida de un brillo. magnitud en varios filtros. Dado que Sparkler se encuentra en una región muy densa, los autores también inyectaron fuentes puntuales falsas con flujos conocidos en las imágenes para ver qué tan bien el algoritmo podía captar sus flujos verdaderos mientras se encontraba en un campo abarrotado.

Después de encontrar la cantidad de luz emitida por cada fuente, usaron esta información para hacer una distribución de energía espectral (SED) para cada flash individual. Un SED nos muestra un gráfico de cuánta energía emite un determinado objeto en diferentes longitudes de onda y puede informarnos sobre propiedades como la edad, la metalicidad, la masa y el historial de formación de estrellas de un objeto.

Cada chispa está etiquetada en la Figura 2 a continuación. Los autores las identificaron usando la Imagen 2 y etiquetaron algunas de las chispas equivalentes potenciales en las Imágenes 1 y 3. Dado que determinaron la magnitud de cada chispa en diferentes filtros, midieron la diferencia entre las diferentes magnitudes, una cantidad que los astrónomos llaman Color. Luego trazaron los colores de cada bengala, así como el color de la propia galaxia Sparkler, en un diagrama color-color (Fig. 3). Graficar un montón de fuentes en un diagrama de este tipo generalmente conduce a un patrón: las fuentes que están inactivas (que no están formando estrellas en progreso) caerán a lo largo de la “nube roja”: un área en la parte superior con más colores rojos (por eso a veces llamamos galaxias inactivas “rojas y muertas”), mientras que las fuentes que están formando estrellas activamente estarán en lo profundo de la “nube azul”. Sparkler mismo, junto con 7 de sus chispas, caen en la región azul de formación de estrellas, mientras que 5 de las chispas caen en la región de descanso roja.

Tres imágenes de la galaxia Sparkler Lens: es difusa y azul, parecida a una mota, rodeada de pequeños puntos rojos. Se ve irregularmente circular en la imagen de la izquierda y estirada en las otras dos imágenes. El panel derecho presenta un artefacto estelar azul brillante en la parte superior de la galaxia. En cada panel, los pequeños puntos rojos están marcados con números. — **Figura 2**: Las 12 chispas que los autores eligieron analizar se identifican en la Imagen 2 (centro). Sus posibles contrapartes están etiquetadas para las imágenes 1 y 3 (izquierda y derecha, respectivamente). *Parte de la Figura 3a del artículo, editado por Katya Gozman.*

Usando un programa llamado GALFIT Para modelar la estructura y la luminosidad de estas 5 fuentes rojas, los autores encontraron que son compactas y no resueltas por JWST. A partir del modelo SED, también encontraron que estas fuentes estaban formando estrellas activamente muy temprano en su historia de formación a temperaturas extremadamente altas. corrimientos al rojo de z = 7-9. También examinaron los espectros de Sparkler y midieron la fuerza de la [OIII] línea de transmisión – un indicador de formación estelar reciente – en sus tres imágenes. Esta emisión aparece en las tres imágenes de la bengala, pero está ausente en las ubicaciones de las chispas rojas que marcaron anteriormente.

Un gráfico que muestra el color del resto del cuadro ur frente al color del resto del cuadro rJ. La trama tiene muchos puntos malos. Se concentran cerca de la parte inferior, ligeramente a la izquierda, y hay otra concentración más pequeña en la parte superior derecha. También hay círculos rosas y azules con números correspondientes a los diferentes Sparkles. Los puntos rosados están alrededor en la parte superior derecha de la gráfica y los naranjas están en la parte inferior izquierda. También hay un círculo azul etiquetado como Sp en medio de los puntos naranjas para representar el color integrado de la galaxia Sparkler. El texto en la parte superior derecha de la trama dice "Sp: Bengala Colores Integrados" en azul y abajo "COSMOS2020z~1.4" en negro. — **imagen 3**: Un diagrama color-color. Los puntos grises son galaxias con un corrimiento al rojo comparable a la Bengala en el Catálogo COSMOS2020. El punto azul es la propia galaxia Sparkler, los puntos naranjas son 7 bengalas que forman estrellas y los puntos rosas son las 5 bengalas que son candidatos a cúmulos globulares evolucionados. *Figura 3c en el artículo*.

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Toda esta evidencia – los colores rojos de las chispas, las estructuras no resueltas que aparecen en múltiples imágenes, y ninguna [OIII] emisión: todo indica que estas cinco fuentes son antiguos cúmulos globulares inactivos asociados con su galaxia anfitriona. Esto significa que estos cúmulos son sistemas evolucionados y, en base a sus historias de formación de estrellas, lo más probable es que se hayan formado solo 0,5 Gyr después del Big Bang. Esto haría que estos destellos fueran los primeros cúmulos globulares encontrados que interrumpieron su formación estelar tan temprano en su historia evolutiva.

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Los autores advierten que hay algunas advertencias a estos resultados. La conclusión de que estas chispas son cúmulos globulares evolucionados depende del aumento exacto del Sparkler que los autores aún no han determinado, por lo que es posible que un aumento diferente podría dar una medida diferente de la masa de las chispas y diferenciarlas. masa. Rango de cúmulos globulares. También señalan que los resultados del modelo SED deben tomarse con cautela porque los astrónomos están muy temprano en el proceso de comprender cómo calibrar mejor los datos JWST.

A pesar de estas limitaciones, la posibilidad de que veamos tales sistemas muy temprano en la historia de nuestro universo es emocionante. Si las edades que los autores encontraron para los grupos son correctas, esto indica que algunos de estos grupos se formaron cuando reionización cósmica, el momento en que se formaron las primeras galaxias y emitieron suficiente energía para transformar el gas neutro en gas ionizado. El mecanismo específico por el que se produjo la reionización sigue siendo un misterio, y este trabajo puede proporcionar un vínculo entre los cúmulos globulares y la formación de galaxias. Los astrónomos también todavía están tratando de reconstruir la formación de los cúmulos globulares, de modo que estas chispas puedan desencadenar una nueva etapa en la investigación de cúmulos globulares y establecer nuestra búsqueda de sistemas en las primeras etapas de sus vidas. .

Astrobite editado por isabel trierweiler

Crédito de la imagen destacada: NASA, ESA, CSA y STScI

Sobre Katya Gozman

¡Hola! Soy un estudiante de doctorado de tercer año en la Universidad de Michigan. Soy originario de los suburbios del noroeste de Chicago e hice mis estudios universitarios en la Universidad de Chicago. Allí, mi investigación se centró principalmente en lentes gravitacionales y galaxias, mientras que también me centré en el aprendizaje automático y las redes neuronales. Actualmente estoy trabajando en fusiones de galaxias y halos estelares, actualmente estudiando la galaxia espiral M94. Disfruto hacer divulgación de astronomía y, a menudo, soy voluntario en una organización sin fines de lucro de educación STEAM en Wisconsin llamada Geneva Lake Astrophysics and STEAM, además de trabajar en nuestro observatorio y planetario en el campus.

Nina Gordillo

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