Webb e Hubble da NASA se combinam para criar a visão mais colorida do universo

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O resultado: uma paisagem viva de galáxias, além de mais de uma dúzia de objetos recém-descobertos e que variam no tempo.

Quando dois grandes observatórios se combinam, revelam uma riqueza de novos detalhes que só poderiam ser alcançados através do seu poder combinado. Webb e Hubble se uniram para estudar o aglomerado de galáxias MACS0416, localizado a cerca de 4,3 bilhões de anos-luz da Terra. Os seus dados combinados produzem um panorama prismático de azul e vermelho, cores que dão pistas sobre as distâncias das galáxias. Embora a imagem em si seja impressionante, os investigadores já estão a utilizar estas observações para apoiar novas descobertas científicas, incluindo a identificação de supernovas infladas gravitacionalmente e estrelas comuns invisíveis.

Esta comparação lado a lado do aglomerado de galáxias MACS0416 visto pelo Telescópio Espacial Hubble em luz óptica (esquerda) e pelo Telescópio Espacial James Webb em luz infravermelha (direita) revela detalhes diferentes. Ambas as imagens contêm centenas de galáxias, no entanto, a imagem da Web mostra galáxias que não são visíveis ou pouco visíveis na imagem do Hubble. Isso ocorre porque a visão infravermelha de Webb pode detectar galáxias que estão muito distantes ou empoeiradas para serem vistas pelo Hubble. (A luz de galáxias distantes é desviada para o vermelho devido à expansão do universo.) O tempo total de exposição de Webb foi de cerca de 22 horas, em comparação com 122 horas de exposição da imagem do Hubble. Fonte da imagem: NASA, ESA, Agência Espacial Canadense, STScI

Os telescópios espaciais Webb e Hubble da NASA se combinam para criar uma visão colorida do universo

NASAde Telescópio Espacial James Webb E telescópio espacial Hubble Eles se uniram para estudar um aglomerado de galáxias em expansão conhecido como MACS0416. A imagem pancromática resultante combina luz visível e infravermelha para reunir uma das imagens mais abrangentes do universo já vistas. Localizado a cerca de 4,3 mil milhões de anos-luz da Terra, MACS0416 é um par de aglomerados de galáxias em colisão que acabarão por se unir para formar um aglomerado maior.

Os detalhes são revelados através do poder telescópico integrado

A imagem revela uma riqueza de detalhes que só poderia ser alcançada combinando o poder de dois telescópios espaciais. Incluem um grande grupo de galáxias fora do aglomerado e um conjunto de fontes que variam com o tempo, muito provavelmente devido a lentes gravitacionais – a distorção e amplificação da luz de fontes distantes de fundo.

Esta foi a primeira de um conjunto de imagens ultra-profundas e sem precedentes do Universo do ambicioso programa colaborativo do Hubble chamado Frontier Fields, inaugurado em 2014. O Hubble foi o pioneiro na procura de algumas das galáxias mais ténues e mais jovens alguma vez descobertas. A visão infravermelha de Webb melhora muito essa visão profunda, indo mais longe no universo primitivo com sua visão infravermelha.

Esta imagem do aglomerado de galáxias MACS0416 destaca uma galáxia particular de fundo com lentes gravitacionais, que existiu cerca de 3 bilhões de anos após o Big Bang. Esta galáxia contém um objeto em trânsito, ou um objeto que muda no brilho observado ao longo do tempo, que a equipe científica chamou de “Mothra”. Mothra é uma estrela ampliada por um fator de pelo menos 4.000 vezes. A equipe acredita que Mothra está sendo amplificada não apenas pela gravidade do aglomerado de galáxias MACS0416, mas também por um objeto conhecido como “mililente”, que provavelmente pesa tanto quanto um aglomerado estelar globular. Fonte da imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universidade do Missouri)

“Estamos a desenvolver o legado do Hubble, avançando para distâncias maiores e para objetos mais ténues”, disse Rogier Windhorst da Universidade do Estado do Arizona, investigador principal do programa PEARLS (Principle Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science), que recolheu as observações de Webb.

Compreender as cores da imagem e os objetivos científicos

Para fazer a imagem, em geral, os comprimentos de onda mais curtos da luz eram azuis, os comprimentos de onda mais longos eram vermelhos e os comprimentos de onda intermediários eram verdes. A ampla gama de comprimentos de onda, de 0,4 a 5 mícrons, produz uma visão particularmente vívida das galáxias.

Estas cores dão pistas sobre a distância das galáxias: as galáxias mais azuis estão relativamente próximas e muitas vezes mostram intensa formação estelar, que é melhor detectada pelo Hubble, enquanto as galáxias mais vermelhas tendem a estar mais distantes, como descobriu Webb. Algumas galáxias também parecem muito vermelhas porque contêm quantidades abundantes de poeira cósmica, que tende a absorver as cores mais azuis da luz das estrelas.

“O quadro completo não fica claro até que os dados do Webb sejam combinados com os dados do Hubble”, disse Windhorst.

Descobertas científicas e o “Aglomerado de Galáxias da Árvore de Natal”

Embora as novas observações de Webb contribuam para esta perspectiva estética, são tomadas para um propósito científico específico. A equipe de pesquisa combinou os três períodos de observação, cada um separado por semanas, com um quarto período da pesquisa CANUCS (Canadian Unbiased Cluster Survey (NIRISS)). O objetivo era procurar objetos que variam no brilho observado ao longo do tempo, conhecidos como transientes.

Eles identificaram 14 desses transientes no campo de visão. 12 desses transientes estavam localizados em três galáxias que são altamente amplificadas por lentes gravitacionais e são provavelmente estrelas únicas ou sistemas multiestelares que são brevemente altamente amplificados. Os dois transientes restantes estão localizados em galáxias de fundo muito maiores e são provavelmente supernovas.

Imagem do aglomerado de galáxias MACS0416 obtida em luz visível pelo ACS e WFC3 do Hubble e em luz infravermelha pelo NIRCam de Webb, com setas de bússola, barra de escala e chave de cores para referência.
As setas norte e leste da bússola mostram a direção da imagem no céu. Observe que a relação entre norte e leste no céu (visto de baixo) é invertida em relação às setas direcionais no mapa da Terra (visto de cima).
A barra de escala é indicada em minutos de arco, um ângulo no céu igual a um 60º de grau. (A barra de escala tem meio minuto de arco.) A imagem completa tem aproximadamente 2,2 minutos de largura.
Esta imagem mostra os comprimentos de onda da luz visível e infravermelho próximo traduzidos em cores. A chave colorida mostra os filtros Hubble ACS, WFC3 e Webb NIRCam que foram usados ​​ao coletar a luz. A cor do nome de cada filtro é a cor da luz visível usada para representar a luz que passa por esse filtro.
Fonte da imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universidade do Missouri)

“Chamamos MACS0416 de Aglomerado de Galáxias da Árvore de Natal, porque é muito colorido e por causa das luzes piscantes que encontramos dentro dele. Podemos ver os transientes em todos os lugares”, disse Haojing Yan, da Universidade de Missouri-Columbia, principal autor do estudo. um artigo descrevendo as descobertas científicas.

Encontrar tantos transientes com observações abrangendo um período de tempo relativamente curto sugere que os astrônomos poderiam encontrar muitos transientes adicionais neste grupo e em outros semelhantes através de observações regulares com o Webb.

Descoberta fugaz única: “Mothra”

Dentre os transientes identificados pela equipe, um em especial se destacou. Está localizado numa galáxia que existiu cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang e foi ampliada por um factor de pelo menos 4 000. A equipa chamou o sistema estelar de “Mothra” em referência à sua “natureza monstruosa”, sendo extremamente brilhante. e extremamente ampliado. Ele se junta a outra estrela que os pesquisadores identificaram anteriormente e chamaram de “Godzilla”. (Godzilla e Mothra são monstros gigantes conhecidos como kaiju no cinema japonês.)

Curiosamente, Mothra também é visível nas observações do Hubble feitas há nove anos. Isto é incomum, porque é necessário um alinhamento muito específico entre o aglomerado de galáxias em primeiro plano e a estrela de fundo para aumentar bastante a estrela. Os movimentos mútuos da estrela e do aglomerado deveriam eventualmente eliminar este alinhamento.

A explicação mais provável é que existe um corpo adicional na montagem frontal que adiciona mais ampliação. A equipe conseguiu restringir sua massa entre 10.000 e 1 milhão de vezes a massa do nosso Sol. No entanto, a natureza exata das chamadas “lentes mili” permanece desconhecida.

“A explicação mais provável é a presença de um aglomerado estelar globular que é demasiado ténue para que Webb possa ver diretamente”, disse José Diego, do Instituto de Física da Cantábria, em Espanha, autor principal do artigo que detalha as descobertas. “Mas ainda não sabemos a verdadeira natureza desta lente extra.”

Yan et al. O artigo é aceito para publicação em o Jornal Astrofísico. Diego e cols. O artigo foi publicado em Astronomia e astrofísica.

Os dados Webb mostrados aqui foram obtidos como parte do programa PEARLS GTO 1176.

Referências:

“JWST Pearls: Transients in the MACS J0416.1-2403 Field” por Haojing Yan, Ziyuan Ma, Pang Zheng Sun, Lifan Wang, Patrick Kelly, Jose M. Diego, Seth H. Cohen, Rogier A. Windhorst, Rolf A. Janssen, Norman A. Grogin, John F. Beckom, Christopher J. Conselius, Simon B. Driver, Brenda Fry, Dan Coe, Madeline A. Marshall, Anton Quikemore, Christopher N. A. Wilmer, Aaron Robotham, Jordan C. J. de Silva, Jake Summers, Mario Nonino, Nor Pierzkal, Russell E. Ryan Jr., Rafael Ortiz III, Scott Tompkins, Rachana A. Bhatawdekar, Cheng Cheng, Adi Zitrin, SP Wilner, aceito, Jornal Astrofísico.
arXiv:2307.07579

Referência: “A Pérola do JWST: Mothra, uma nova estrela kaiju em z = 2,091 fortemente amplificada por MACS0416, e suas implicações para modelos de matéria escura” por Jose M. Diego, Bangzheng Sun, Haoqing Yan, Lucas J. Furtak, Eric Zachrisson, Liang Dai, Patrick Kelly, Mario Nonino, Nathan Adams, Ashish K. Mina, Stephen B. Wilner, Adi Zittrain, Seth H. Cohen, Jordan CJ de Silva, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Roger A. Windhorst, Dan Coe, Christopher J. Conselici, Simon B. Motorista, Brenda Fry, Norman A. Grogen, Anton M. Quickmore, Madeleine A. Marshall, Noor Pierzkal, Aaron Robotham, Michael J. Rutkowski, Russell E. Ryan, Scott Tompkins, Christopher N. A. Wilmer e Rachana Bhatawdekar, 32 de outubro de 2023, Astronomia e astrofísica.
doi: 10.1051/0004-6361/202347556

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb resolve os mistérios do nosso sistema solar, olha além dos mundos distantes em torno de outras estrelas e explora as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. WEB é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a Agência Espacial Europeia (ESA).Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a Agência Espacial Europeia. O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, opera o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz operações científicas no Hubble e no Webb. STScI é operado pela NASA pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, em Washington, DC