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El espectrógrafo WEAVE logra observaciones a primera luz para el estudio de la evolución y colisión de galaxias

El Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING) y el equipo del instrumento WEAVE presentan observaciones a primera luz con el espectrógrafo WEAVE. WEAVE es un potente espectrógrafo multifibra de nueva generación instalado en el Telescopio William Herschel (WHT) en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma, que está generando datos de alta calidad. Las observaciones de primera luz se llevaron a cabo con su haz de fibras de gran unidad de campo integral (LIFU), uno de los tres sistemas de fibras de WEAVE. Cuando se utiliza la LIFU, 547 fibras ópticas estrechamente empaquetadas transmiten la luz en un área hexagonal del cielo al espectrógrafo, donde se analiza y registra.

El Telescopio William Herschel con WEAVE.

El LIFU se dirigió a NGC 7318a y NGC 7318b, dos galaxias situadas en el corazón del Quinteto de Stephan, un grupo de galaxias en interacción. Se ha observado con Hubble, Spitzer, Chandra y muchos otros telescopios, y recientemente con JWST. El grupo, situado a 280 millones de años-luz de la Tierra en la constelación de Pegaso, está sufriendo una importante colisión de galaxias y constituye un laboratorio natural para estudiar las consecuencias de las colisiones de galaxias en la evolución de las mismas.

Más de 500 astrónomos de toda Europa, entre los que se encuentra un grupo de la Universidad de Alicante, han organizado ocho grandes sondeos utilizando WEAVE, cubriendo estudios de evolución estelar, ciencia de la Vía Láctea, evolución de galaxias y cosmología. En sinergia con el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea, el modo MOS de WEAVE se utilizará para obtener espectros de varios millones de estrellas en el disco y el halo de nuestra galaxia anfitriona, permitiendo la arqueología de la Vía Láctea. Se estudiarán galaxias cercanas y lejanas, algunas detectadas por el radiotelescopio LOFAR, para conocer la historia de su crecimiento. Y los cuásares se utilizarán como faros para cartografiar la distribución espacial y la interacción del gas y las galaxias cuando el Universo sólo tenía alrededor del 20% de su edad actual.

Marc Balcells, director del ING, explica que «nuestro objetivo era albergar un instrumento único que permitiera a los astrónomos llevar a cabo investigaciones astronómicas de vanguardia. Ha sido fantástico recibir el generoso apoyo financiero de las agencias nacionales de investigación de los tres países socios, así como las contribuciones de países que no son miembros del ING. Ahora nos complace demostrar que la parte LIFU de WEAVE no sólo funciona, sino que produce datos de alta calidad. Los telescopios del ING seguirán proporcionando resultados de gran impacto científico en los años venideros. Esperamos poder anunciar pronto las primeras luces de los demás modos de observación, que están siendo sometidos a su propia puesta a punto y calibración».

Por su parte, Gavin Dalton, investigador principal de WEAVE, comenta que «la riqueza de la complejidad revelada de esta manera por una sola observación detallada de este par de galaxias cercanas proporciona ideas para la interpretación de los muchos millones de espectros que WEAVE obtendrá de galaxias en el Universo distante, y proporciona una excelente ilustración de la potencia y flexibilidad de la instalación WEAVE».

En el mismo sentido, Scott Trager, científico del Proyecto WEAVE, indica que «estas observaciones muestran el poder de WEAVE para desentrañar los complejos fenómenos implicados en la evolución de las galaxias a lo largo de la historia del Universo. Los más de 500 miembros del equipo científico de WEAVE y los miembros de la comunidad más amplia del ING realizarán sin duda grandes descubrimientos con las nuevas y apasionantes capacidades de WEAVE».

La imagen del JWST con el WEAVE LIFU apuntando al Quinteto de Stephan para la observación de las primeras luces.

Participación de la UA

En lo que refiere a la participación de la Universidad de Alicante (UA) en el proyecto internacional WEAVE, Ignacio Negueruela, Amparo Marco y Sara Rodríguez Berlanas, integrantes del grupo de Astrofísica Estelar de la UA, son miembros del equipo científico del instrumento y están involucrados activamente en la concepción, preparación y desarrollo de uno de los ocho grandes cartografiados que se llevarán a cabo con WEAVE: Stellar, Circumstellar and Interstellar Physics (SCIP), cuya investigadora principal es la profesora Janet Drew, del Reino Unido. Dentro del equipo, desde el grupo de Astrofísica Estelar de la Universidad de Alicante se coordina a otras siete personas de distintas instituciones.

Esta parte del proyecto WEAVE proporcionará decenas de miles de espectros de diferentes objetos estelares y contribuirá al estudio de miles de estrellas masivas, tanto estrellas tipo OB como supergigantes rojas, localizadas a lo largo del Plano Galáctico norte y, específicamente, en la región de formación estelar del Cisne.

Además, gracias a un proyecto Prometeo de la Generalitat Valenciana, el equipo de la UA dispone de la base de datos Astro+, que servirá para realizar el análisis de los espectros obtenidos. Actualmente, el también miembro del grupo Klaus Rubke desarrolla herramientas de inteligencia artificial para trabajar con tales cantidades de datos. Este proyecto ha recibido financiación de los planes de investigación complementarios puestos en marcha por el Gobierno central y la Generalitat con los fondos de recuperación de la UE. Así, gracias a la cantidad y calidad de los datos que proporcionará SCIP-WEAVE se podrá investigar la vida y muerte de las estrellas de gran masa, las cuales representan auténticos motores de la evolución de las galaxias y el universo, pero cuya formación y evolución sigue planteando grandes interrogantes dentro de la Astrofísica moderna.

Acerca de las observaciones a primera luz

WEAVE LIFU mide espectros separados para 547 regiones diferentes de las dos galaxias y sus alrededores, registrando los colores de su luz desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Estos espectros revelan los movimientos de las estrellas y el gas, la composición química de las estrellas, las temperaturas y densidades de las nubes de gas, y mucho más. A partir de estos datos, los astrónomos pueden saber cómo las colisiones de galaxias transforman las galaxias del grupo.

WEAVE, un espectrógrafo de nueva generación

WEAVE es un espectrógrafo multimodo y multifibra instalado en el WHT del Observatorio Roque de los Muchachos (ORM), en La Palma (Islas Canarias). WEAVE fue construido por un consorcio de instituciones astronómicas europeas, liderado por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido, para convertirse en la instalación espectroscópica de nueva generación para el WHT.

WEAVE utiliza fibras ópticas para recoger la luz de las fuentes celestes y transmitirla a un espectrógrafo de dos brazos. El espectrógrafo separa la luz en sus diferentes longitudes de onda, o colores, y las registra en detectores de luz CCD de gran formato. Los datos brutos se transfieren por Internet a ordenadores de Cambridge y Tenerife, y los productos listos para la ciencia se almacenan en un archivo de La Palma para su uso científico. Los espectros resultantes contienen la huella digital de las propiedades físicas y químicas de estrellas, galaxias y gas interestelar e intergaláctico, que los astrónomos utilizan para poner a prueba sus teorías sobre el universo.

La versatilidad de WEAVE es uno de sus mayores puntos fuertes. Mientras que el modo LIFU alberga 547 fibras estrechamente agrupadas para obtener imágenes de amplias zonas del cielo, en el modo MOS pueden colocarse por separado hasta 960 fibras individuales utilizando dos robots para recoger la luz de muchos cientos de estrellas, galaxias o cuásares. En el modo mIFU, las fibras se organizan en 20 unidades, cada una de ellas compuesta por 37 fibras, que se utilizan para estudiar pequeños objetivos extendidos, como nebulosas y galaxias lejanas.

WEAVE proporciona velocidades a lo largo de la línea de visión, mediante el efecto Doppler. Dependiendo del objetivo científico, los astrónomos eligen entre dos poderes de resolución espectral: a baja resolución, los espectros distinguen diferencias de velocidad de aproximadamente 5 km/s y, a alta resolución, de 1,2 km/s. Incluso con su bajo poder de resolución, WEAVE registra las velocidades en la línea de visión de las estrellas con precisiones similares a las de las velocidades transversales medidas por el satélite Gaia de la ESA.

Financiación y construcción de WEAVE

El ING inició los planes para construir WEAVE tras una amplia consulta con la comunidad de usuarios del ING sobre lo que se necesitaba para el futuro. Existía un amplio consenso sobre la necesidad de un espectrógrafo multiobjeto de campo amplio de clase mundial, para explotar desde el suelo los enormes sondeos que están llevando a cabo telescopios potentes como Gaia de la ESA, ayudando así a abordar los principales retos astrofísicos previstos para la próxima década aproximadamente.

En 2016, los países de la asociación ING (Reino Unido, España y Países Bajos), a los que se sumaron Francia e Italia, firmaron un acuerdo para diseñar y construir WEAVE, en el que cada país aportará los componentes principales que se enumeran a continuación, y el ING los sistemas auxiliares y la gestión general del proyecto.

El equipo de construcción del instrumento está dirigido por Gavin Dalton, de la Universidad de Oxford, como investigador principal, Scott Trager, de la Universidad de Groningen, como científico del Proyecto, Don Abrams, del ING, como director del Proyecto, y Chris Benn, del ING, como científico del Instrumento.

Grupo de Telescopios Isaac Newton

El Grupo de Telescopios Isaac Newton es una unidad del Science and Technology Facilities Council (STFC) establecida en La Palma. Opera el Telescopio William Herschel de 4,2 metros y el Telescopio Isaac Newton de 2,5 metros con la ayuda financiera de la Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) de los Países Bajos, y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en España.

Fuente: UA