Es una noción popular que, aparte de los grandes objetos celestes como planetas, estrellas y asteroides, el espacio exterior está vacío. De hecho, las galaxias están llenas de algo llamado medio interestelar (ISM), es decir, el gas y el polvo que impregnan el espacio entre esos objetos grandes. Es importante destacar que, en las condiciones adecuadas, es a partir del ISM que se forman nuevas estrellas.
Ahora, investigadores de la Universidad de California en San Diego, en colaboración con un equipo de proyecto mundial, han publicado sus hallazgos en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters dedicada a su trabajo utilizando imágenes de telescopios avanzados a través del Programa del Tesoro del Ciclo 1 de JWST.
« Con JWST, puede crear mapas increíbles de galaxias cercanas a muy alta resolución que brindan imágenes increíblemente detalladas del medio interestelar », afirmó la profesora asociada de física Karin Sandstrom, quien es co-investigadora principal del proyecto.
Aunque JWST puede observar galaxias muy distantes, las que estudió el grupo de Sandstrom están relativamente cerca a unos 30 millones de años luz de distancia, incluida una conocida como Phantom Galaxy. También conocida como M74 o NGC 628, los astrónomos saben de la existencia de Phantom Galaxy desde al menos el siglo XVIII.
Sandstrom, junto con la becaria postdoctoral Jessica Sutter y el ex becario postdoctoral Jeremy Chastenet (ahora en la Universidad de Gante), se centraron en un componente específico del ISM llamado hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los HAP son pequeñas partículas de polvo, del tamaño de una molécula, y es su pequeño tamaño lo que las hace tan valiosas para los investigadores.
Cuando los PAH absorben un fotón de una estrella, vibran y producen características de emisión que se pueden detectar en el espectro electromagnético del infrarrojo medio, algo que normalmente no sucede con los granos de polvo más grandes del ISM. Las características vibratorias de los PAH permiten a los investigadores observar muchas características importantes, como el tamaño, la ionización y la estructura.
Esto es algo en lo que Sandstrom ha estado interesado desde la escuela de posgrado. « El telescopio espacial Spitzer analizó el infrarrojo medio y eso es lo que usé en mi tesis doctoral. Desde que Spitzer se retiró, no hemos tenido mucho acceso al espectro infrarrojo medio, pero JWST es increíble », dijo. fijado. « Spitzer tenía un espejo de 0,8 metros; el espejo de JWST mide 6,5 metros. Es un telescopio enorme y tiene instrumentos asombrosos. Esperé esto durante mucho tiempo ».
Aunque los PAH no son en masa una gran fracción del ISM general, son importantes porque se ionizan fácilmente, un proceso que puede producir fotoelectrones que calientan el resto del gas en el ISM. Una mejor comprensión de los PAH conducirá a una mejor comprensión de la física del ISM y cómo funciona. Los astrofísicos tienen la esperanza de que JWST pueda proporcionar una visión de cómo se forman los PAH, cómo cambian y cómo se destruyen.
Debido a que los PAH se distribuyen uniformemente en todo el ISM, permiten a los investigadores ver no solo los PAH en sí, sino también todo lo que los rodea. Los mapas anteriores, como los tomados por Spitzer, contenían muchos menos detalles: esencialmente parecían manchas galácticas. Con la claridad que proporciona JWST, los astrofísicos ahora pueden ver filamentos de gas e incluso « burbujas » expulsadas por estrellas recién formadas, cuyos intensos campos de radiación y la supernova resultante evaporan las nubes de gas que las rodean.
Para obtener tiempo de observación en JWST, el equipo del Programa de Tesorería del Ciclo 1 tuvo que diseñar observaciones que incluyeran detalles como la duración de la exposición y los filtros. Una vez que se aceptó su presentación, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, que es responsable de las operaciones científicas y de la misión para JWST, captura y procesa los datos. Este programa incluye datos de 19 galaxias en total.
El Programa de Tesorería del Ciclo 1 es parte de un proyecto más grande llamado PHANGS (Física en Alta Resolución Angular en Galaxias Cercanas). PHANGS estudia la formación de estrellas y el ISM utilizando imágenes de longitud de onda múltiple del Atacama Large Millimeter Array (ALMA) y el Very Large Telescope, ambos en Chile. Sin embargo, debido a que las densas nubes en las que ocurre la formación de estrellas contienen una gran cantidad de polvo, es difícil que la luz óptica penetre para ver lo que sucede en el interior. El uso del espectro infrarrojo medio permite a los investigadores usar ese mismo polvo y su brillante emisión para obtener imágenes detalladas de alta resolución.
« Una de las cosas que más me emociona es que ahora que tenemos este trazador de alta resolución del ISM, podemos mapear todo tipo de cosas, incluida la estructura del gas difuso, que tiene que volverse más denso y molecular para la estrella ». que ocurra la formación », dijo Sandstrom. « También podemos mapear el gas que rodea a las estrellas recién formadas donde hay una gran cantidad de ‘retroalimentación’, como las explosiones de supernovas. Realmente podemos ver todo el ciclo del ISM con mucho detalle. Ese es el núcleo de cómo un galaxia va a formar estrellas ».
Este trabajo cuenta con el apoyo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (JWST-GO-02107.006-A).
Más información : https://iopscience.iop.org/collections/2041-8205_PHANGS-JWST-First-Results