El 20 de junio de 2022, el Telescopio Espacial James Webb pasó poco más de una hora mirando a Messier 92 (M92), un cúmulo globular a 27.000 años luz de distancia en el halo de la Vía Láctea. La observación, una de las primeras observaciones científicas realizadas por Webb, es parte del programa Early Release Science (ERS) 1334, uno de los 13 programas ERS diseñados para ayudar a los astrónomos a comprender cómo usar Webb y aprovechar al máximo sus capacidades científicas.

Hablamos con Matteo Correnti de la Agencia Espacial Italiana; Alessandro Savino de la Universidad de California, Berkeley; Roger Cohen de la Universidad de Rutgers; y Andy Dolphin de Raytheon Technologies para obtener más información sobre las observaciones de Webb de M92 y cómo el equipo está utilizando los datos para ayudar a otros astrónomos. (En noviembre pasado, Kristen McQuinn habló con nosotros sobre su trabajo en la galaxia enana WLM, que también forma parte de este programa).

Cuéntanos sobre este programa ERS. ¿Qué estás tratando de lograr?

Alessandro Savino: Este programa en particular se centra en poblaciones estelares resueltas. Estos son grandes grupos de estrellas como M92 que están muy cerca, lo suficientemente cerca como para que Webb pueda distinguir las estrellas individuales en el sistema. Científicamente, observaciones como estas son muy emocionantes porque es de nuestro vecindario cósmico que aprendemos mucho de la física de las estrellas y galaxias que podemos traducir a objetos que vemos mucho más lejos.

Matteo Correnti: También estamos tratando de entender mejor el telescopio. Este proyecto ha sido fundamental para mejorar la calibración (asegurándose de que todas las mediciones sean lo más precisas posible), para mejorar los datos de otros astrónomos y otros proyectos similares.

¿Por qué decidiste mirar a M92 en particular?

Savino: Los cúmulos globulares como M92 son muy importantes para nuestra comprensión de la evolución estelar. Durante décadas han sido un punto de referencia primario para comprender cómo funcionan las estrellas, cómo evolucionan las estrellas. M92 es un cúmulo globular clásico. Está cerca; lo entendemos relativamente bien; Es una de nuestras referencias en estudios de evolución estelar y sistemas estelares.

Correnti: Otra razón por la que M92 es importante es porque es uno de los cúmulos globulares más antiguos de la Vía Láctea, si no el más antiguo. Creemos que M92 tiene entre 12 y 13 mil millones de años. Contiene algunas de las estrellas más antiguas que podemos encontrar, o al menos que podemos resolver y caracterizar bien. Podemos usar cúmulos cercanos como este como trazadores del universo muy antiguo.

Roger Cohen: También elegimos M92 porque es muy denso: hay muchas estrellas empaquetadas muy juntas. (El centro del cúmulo es miles de veces más denso que la región alrededor del Sol). Mirar a M92 nos permite probar cómo se desempeña Webb en este régimen particular, donde necesitamos hacer mediciones de estrellas que están muy juntas.

¿Cuáles son las características de un cúmulo globular que lo hacen útil para estudiar cómo evolucionan las estrellas?

Andy Dolphin: Una de las cosas principales es que la mayor parte de las estrellas en M92 se habrían formado aproximadamente al mismo tiempo y con aproximadamente la misma mezcla de elementos, pero con una amplia gama de masas. Así que podemos obtener una muy buena encuesta de esta población particular de estrellas.

Savino: Además, dado que todas las estrellas pertenecen al mismo objeto (el mismo cúmulo globular, M92), sabemos que todas están a la misma distancia de nosotros. Eso nos ayuda mucho porque sabemos que las diferencias de brillo entre las diferentes estrellas deben ser intrínsecas, en lugar de estar relacionadas con lo lejos que están. Hace que la comparación con los modelos sea mucho, mucho más fácil.

Este cúmulo estelar ya ha sido estudiado con el Telescopio Espacial Hubble y otros telescopios. ¿Qué podemos ver con Webb que no hayamos visto ya?

Cohen: Una de las diferencias importantes entre Webb y Hubble es que Webb opera en longitudes de onda más largas, donde las estrellas muy frías y de baja masa emiten la mayor parte de su luz. Webb está bien diseñado para observar estrellas muy frías. De hecho, pudimos llegar a las estrellas de menor masa, estrellas de menos de 0,1 veces la masa del Sol. Esto es interesante porque está muy cerca del límite donde las estrellas dejan de ser estrellas. (Por debajo de este límite están las enanas marrones, que son de tan baja masa que no son capaces de encender hidrógeno en sus núcleos).

Correnti: Webb is also a lot faster. To see the very faint low-mass stars with Hubble, you need hundreds of hours of telescope time. With Webb, it takes just a few hours.

Cohen: These observations weren’t actually designed to push very hard on the limits of the telescope. So it’s very encouraging to see that we were still able to detect such small, faint stars without trying really, really hard.

What’s so interesting about these low-mass stars?

Savino: En primer lugar, son las estrellas más numerosas del universo. En segundo lugar, desde un punto de vista teórico, son muy interesantes porque siempre han sido muy difíciles de observar y caracterizar. Especialmente las estrellas de menos de la mitad de la masa del Sol, donde nuestra comprensión actual de los modelos estelares es un poco más incierta.

Correnti: Estudiar la luz que emiten estas estrellas de baja masa también puede ayudarnos a restringir mejor la edad del cúmulo globular. Eso nos ayuda a comprender mejor cuándo se formaron diferentes partes de la Vía Láctea (como el halo, donde se encuentra M92). Y eso tiene implicaciones para nuestra comprensión de la historia cósmica.

Parece que hay una gran brecha en el medio de la imagen que capturó. ¿Qué es eso y por qué está ahí?

Dolphin: Esta imagen fue hecha usando la Cámara de Infrarrojo Cercano de Webb (NIRCam). NIRCam tiene dos módulos, con un «espacio de chip» entre los dos. El centro del cúmulo está extremadamente lleno, extremadamente brillante. Por lo tanto, eso habría limitado la utilidad de los datos de esa región. La posición de estas imágenes se superpone muy bien con los datos del Hubble ya disponibles.

Uno de sus principales objetivos era proporcionar herramientas para otros científicos. ¿Qué es lo que más te entusiasma?

Dolphin: Uno de los recursos clave que desarrollamos y hemos puesto a disposición de la comunidad astronómica es algo llamado módulo DOLPHOT NIRCam. Esto funciona con una pieza existente de software utilizada para detectar y medir automáticamente el brillo de las estrellas y otros objetos no resueltos (cosas con apariencia de estrella). Esto fue desarrollado para cámaras en Hubble. Agregar este módulo para NIRCam (así como uno para NIRISS, otro de los instrumentos de Webb) permite a los astrónomos el mismo procedimiento de análisis que conocen del Hubble, con el beneficio adicional de poder analizar ahora los datos de Hubble y Webb en una sola pasada para obtener catálogos de estrellas de telescopios combinados.

Savino: Este es un componente de servicio comunitario realmente grande. Es útil para todos. Está haciendo que el análisis sea mucho más fácil.

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Fuente: NASA