Astronomia: L’entrada en funcionament del James Webb Space Telescope (JWST) ha obert noves perspectives en cosmologia. Callum Thomas Donnan, de l’Institute for Astronomy de la University of Edinburgh, és el primer autor d’una recerca que fa ús d’imatges d’instruments (ERO, ERS NIRCam) del JWST sobre els camps SMACS0723, GLASS i CEERS, juntament amb les del UltraVISTA DR5 sobre el camp COSMOS, per oferir una nova mesura de la funció de lluminositat ultraviolada de les galàxies primerenques que tenen desplaçaments de l’espectre al vermell de z = 8-15. D’aquesta nova estimació se’n deriva una densitat de la taxa de formació còsmica d’estels per als primers 300 milions d’anys posteriors al Big Bang. La funció de lluminositat seguiria una llei de doble potència en el declinació gradual i continuada al llarg d’aquest rang de z. Donnan et al. ofereixen en aquesta recerca detalls de 55 candidats a galàxia de z elevada, dels quals 44 no havien estat descrits en la literatura prèvia. Entre aquests 55 objectes, hi ha 6 que tenen z igual o superiors a 12, i un d’ells, CEERS-93316 tindria una z de 16,7.
El James Webb Space Telescope ens ofereix imatges d’infraroig de camps ben profunds de l’univers
El JWST en la comprensió de l’univers jove
L’observació de les galàxies més allunyades ens ofereix un retrat de les primeres etapes del nostre univers. Habitualment, hom defineix el període juvenil de l’univers com els primers 1000 milions d’anys des del Big Bang (avui som 13 vegades més que aquest límit). Els telescopis d’infraroig de la superfície terrestre però especialment els orbitals (Hubble Space Telescope o HST, Spitzer) han servit per reconstruir l’evolució de galàxies amb desplaçaments al vermell (z) de fins a 10. En un univers en expansió el desplaçament de les línies espectrals cap a la banda vermella (de major longitud d’ona i de menor freqüència) és un indicatiu de distància i, alhora, d’antiguitat de l’objecte.
Gràcies a les dades acumulades en els darrers anys, sabem que el jove univers disposava d’un nombre considerable de galàxies formadores d’estels. Aquests estels constituïren una font de fotons d’alta energia que desencadenaren una reionització còsmica de l’hidrogen. Segons dades de la Col·laboració Planck, aquesta reionització es trobaria a una z de 7,8 ± 0,7. De tota manera, les densitats galàctiques estimades pel HST seria insuficients per assolir aquest nivell de reionització, de manera que cal pensar en l’existència de galàxies menys lluminoses (que haurien passat desapercebudes en les imatges de l’HST) i/o en galàxies molt més antigues. Així, la reionització podria haver començat a una z superior a 15. El JWST ofereix la possibilitat potencial de detectar galàxies a z de 20, i esclarir la discrepància.
La NIRCam del JWST ofereix imatges multibanda fins a una longitud d’ona de 5 μm d’alta resolució angular: resulten així més accessibles galàxies amb z superior a 7.
Les dades utilitzades
Donnan et al. utilitzen dades de JWST de tres camps diferents, totes elles incloses en la primera publicació de dades d’aquest telescopi situat en un dels punts de Lagrange del sistema orbita Sol-Terra. El primer camp és el cúmul galàctic SMACS J0723 (captat pels filtres F090W, F150W, F200W, F277W, F356W i F444W del NIRCam). El segon camp és el camp CANDELS, observat en el marc del programa CEERS (captat pels filtres F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F510M i F444W del NIRCam). El tercer camp ha estat captat en el marc del programa GLASS ERS (captat pels filtres F090W, F115W, F150W, F200W, F277W, F356W i F444W). En total l’àrea d’estudi és d’uns 45 arcmin2.
Del telescopi VISTA de l’observatori euro-xilè utilitzen dades d’infraroig proper del camp COSMOS. Aquest camp COSMOS inclou dues àrees, una de “fonda” i una altra “d’ultra-fonda”.
En el camp COSMOS apareixen 15 estels brillants que cal processar. Seguidament cal construir els catàlegs per cadascuna de les imatges. Pels diferents objectes identificats es determina el desplaçament fotomètric al vermell a través del codi EAZY.
En el camp COSMOS es compten 16 galàxies, 8 de les quals es troben la regió “fonda”.
En les imatges de JWST hi ha 39 galàxies amb una z superior a 8,5: 16 són a SMACS0723, 21 a CEERS i 2 a GLASS. GLASS-1698 té una z de 10,56 i GLASS-17487 té una z de 12,42. El valor més elevat de z correspon a CEERS-93316 (z = 16,7).
La funció de lluminositat calculada per Donnan et al. és log10(ρUV) = (-0,227 ± 0,038)z + (27,4 ± 0,3).
La formació d’estels en les joves galàxies
Donnan et al. assenyalen que el JWST ens ofereix una finestra a l’evolució de les galàxies en els primers 300 milions d’anys del nostre univers. Reporten d’entrada un llistat de 37 galàxies prèviament desconegudes amb una z superior a 8,5. El rang de lluminositats d’aquestes galàxies els permet de fer una nova estimació de la funció de lluminositat.
La funció de lluminositat calculada per Donnan et al. no té pas una caiguda ràpida a una z superior a 8, sinó un declivi continu i exponencial fins a 12. La formació de galàxies arriba més enllà d’una z de 15.
És en aquest context que és tan remarcable que descriguin un candidat a galàxia amb una z = 16,7. Aquest objecte el veiem tal com era 250 milions d’anys després del Big Bang (un univers 50 vegades més jove que l’actual!). La caiguda de lluminositat que presenta aquest objecte a F150W no es correspon a la lluminositat que conserva a F277W, la qual cosa indica que la ruptura de Lyman es produeix més enllà de la longitud d’ona del filtre F200W. Segons Donnan et al. la formació d’estels arrencà en aquest objecte entre 120 (z=18) i 220 (z=36) milions d’anys després del Big Bang. Aquestes estimacions coincideixen amb la funció halo-massa del model cosmològic Λ-CDM, especialment pel que fa a la distribució de la matèria fosca.
Lligams:
- The evolution of the galaxy UV luminosity function at redshifts z ~ 8-15 from deep JWST and ground-based near-infrared imaging. C. T. Donnan, D. J. McLeod, J. S. Dunlop, R. J. McLure, A. C. Carnall, R. Begley, F. Cullen, M. L. Hamadouche, R. A. A. Bowler, H. J. McCracken, B. Milvang-Jensen, A. Moneti, T. Targett. (2022).
- Fluctuacions angulars en el camp galàctic de desplaçament al vermell com a observable cosmològic (27.03.2021).
- Una galàxia molt llunyana (a 13,5 milers de milions d’anys-llum) (09.04.2022).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada