Un instrumento diseñado para obtener imágenes de la vasta red de gas que conecta las galaxias en el universo ha sido enviado desde Los Ángeles a Hawai. donde se integrará en el Observatorio W. M. Keck.

El instrumento, llamado Keck Cosmic Web Imager, o KCWI, fue diseñado y construido por un equipo de Caltech dirigido por el profesor de física Christopher Martin. Será uno de los mejores instrumentos del mundo para tomar imágenes espectrales de objetos cósmicos:imágenes detalladas donde cada píxel puede verse en todas las longitudes de onda de la luz visible. Esta información espectral de alta resolución permitirá a los astrónomos estudiar las composiciones, velocidades, y masas de muchos objetos, como estrellas y galaxias, de formas que antes no eran posibles.

Uno de los principales objetivos de KCWI, y una pasión de Martin durante los últimos 30 años, es responder a la pregunta:¿Qué está haciendo el gas alrededor de las galaxias?

"Por décadas, los astrónomos han demostrado que las galaxias evolucionan. Ahora estamos tratando de averiguar cómo y por qué, ", dice Martin." Sabemos que el gas alrededor de las galaxias, en última instancia, las está alimentando, pero es tan tenue, todavía no hemos podido observarlo de cerca y comprender cómo funciona este proceso ".

Martin y su equipo estudian lo que se llama la red cósmica, una vasta red de corrientes de gas entre galaxias. Recientemente, los científicos han encontrado evidencia que apoya lo que se llama modelo de flujo frío, en el que este gas se canaliza hacia los núcleos de las galaxias, donde se condensa y forma nuevas estrellas. Los investigadores habían predicho que los filamentos de gas fluirían primero hacia una gran estructura en forma de anillo alrededor de la galaxia antes de entrar en espiral, exactamente lo que Martin y su equipo encontraron usando Palomar Cosmic Web Imager. un precursor de KCWI, en el Observatorio Palomar de Caltech cerca de San Diego.

"Medimos la cinemática, o movimiento, del gas alrededor de una galaxia y encontró un disco giratorio muy grande conectado a un filamento de gas, ", dice Martin." Fue la prueba definitiva para el modelo de flujo frío ".

Con KCWI, los investigadores observarán más de cerca los filamentos de gas y las estructuras en forma de anillo alrededor de las galaxias que se encuentran entre 10 y 12 mil millones de años luz de distancia, una era en la que nuestro universo tenía aproximadamente entre 2 y 4 mil millones de años. KCWI no solo puede tomar fotografías más detalladas que Palomar Cosmic Web Imager, tiene otros avances como mejores revestimientos de espejo. La combinación de estas mejoras con el hecho de que KCWI se está instalando en uno de los telescopios gemelos Keck de 10 metros, el observatorio más grande del mundo con algunos de los cielos más oscuros conocidos de la Tierra, significa que KCWI tendrá un rendimiento mejorado en más de un orden de magnitud sobre el Palomar Cosmic Web Imager.

KCWI mapeará el gas que fluye desde el medio intergaláctico, el espacio entre galaxias, hacia muchas galaxias jóvenes, revelador por primera vez, el modo dominante de formación de galaxias en el universo temprano. El instrumento también buscará vientos supergalácticos de galaxias que devuelvan el gas al medio intergaláctico. Cómo fluye el gas dentro y fuera de las galaxias en formación es la cuestión central abierta en la formación de estructuras cósmicas.

"Diseñamos KCWI para estudiar objetos muy tenues y difusos, nuestro énfasis principal está en la tenue red cósmica y las interacciones de las galaxias con su entorno, "dice Mateusz (Matt) Matuszewski, el científico de instrumentos del proyecto.

KCWI también está diseñado para ser más un instrumento de uso general que el Cosmic Web Imager de Palomar, que es principalmente para estudios de la red cósmica. Estudiará todo, desde chorros de gas alrededor de estrellas jóvenes hasta los vientos de estrellas muertas y agujeros negros supermasivos y más. "El instrumento es realmente versátil, ", dice Matuszewski." Los observadores pueden configurar la óptica para ajustar las escalas y resoluciones espaciales y espectrales para satisfacer sus intereses ".

Las tuercas y tornillos de KCWI

Los científicos e ingenieros han estado ocupados ensamblando los elementos altamente complejos del instrumento KCWI en Caltech desde 2012. El instrumento tiene aproximadamente el tamaño de un camión de helados y pesa más de 4, 000 kilogramos. La característica principal de KCWI es su capacidad para capturar información espectral sobre objetos, como las galaxias, a través de una imagen amplia. Típicamente, Los astrónomos capturan espectros utilizando instrumentos llamados espectrógrafos, que tienen ventanas estrechas en forma de rendija. El espectrógrafo separa la luz de la rendija en cada uno de los colores que componen el objeto de destino, como un prisma que esparce luz en un arco iris. Pero los espectrógrafos tradicionales no se pueden utilizar para capturar información espectral en una imagen completa.

"Los espectrógrafos tradicionales utilizan múltiples rendijas pequeñas para capturar muchas estrellas o los núcleos de muchas galaxias, "dice Martin". Ahora, queremos observar las características que se extienden por el cielo, como chorros estelares y galaxias, que tienen estructuras complejas, velocidades, y flujos de gas. Si solo pudieras mirar a través de una rendija, solo puedes ver una pequeña parte de lo que está sucediendo. Pero queremos ver el panorama completo. Por eso necesitamos un espectrógrafo de imágenes, un dispositivo que le brinda una imagen para cada longitud de onda en una vista amplia ".

Para crear un espectrógrafo que pueda obtener imágenes de objetos más extendidos como galaxias, KCWI utiliza lo que se llama un diseño de campo integral, que básicamente divide una imagen en 24 ranuras, y recopila toda la información espectral a la vez.

"Si estás mirando algo grande en el cielo, es ineficaz tener una sola ranura y cruzar ese objeto, por lo que un espectrógrafo de campo integral combina una serie de espejos en forma de rendija juntos a través de un campo de visión continuo, "dice Patrick Morrissey, el científico del proyecto de KCWI que ahora trabaja en JPL. "Imagínese mirar en un espejo roto; la imagen reflejada se desplaza según los ángulos de las piezas. Así es como funciona el espectrógrafo de campo integral. Una serie de espejos funciona en conjunto para hacer que aparezca una pila de rendijas en forma de cuadrado en una imagen como una sola hendidura vertical tradicional ".

KCWI tiene la resolución espectral más alta de cualquier espectrógrafo de campo integral, lo que significa que puede romper mejor el arco iris de luz para ver más colores, o longitudes de onda. La primera fase del instrumento, ahora en camino a Keck, cubre el lado azul del espectro visible, abarcando rangos de longitud de onda de 3500 a 5600 Angstroms. Una segunda fase, extender la cobertura al lado rojo del espectro, hasta 10400 Angstroms, se construirá a continuación.

KCWI para escalar Mauna Kea

Después de que KCWI llega a Hawái el 18 de enero, los ingenieros lo guiarán hasta la cima de Mauna Kea, donde está encaramado Keck. Se planea una serie de pruebas de verificación y alineación, y en unos meses le seguirán las primeras observaciones a través del telescopio Keck.

"Hay vías de tren alrededor del telescopio donde se instalan los instrumentos, "dice Morrissey." Es como una de esas viejas rotondas ferroviarias donde entraba el tren y lo giraban hacia un espacio disponible para el almacenamiento. El telescopio se da la vuelta, apunta al instrumento que el astrónomo quiere utilizar, y luego encienden ese instrumento. Pronto, KCWI se convertirá en parte del telescopio ".

KCWI está financiado por la National Science Foundation, a través del programa de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA), y por la Fundación Heising-Simons, el W.M. Fundación Keck, la División de Física de Caltech, Matemáticas y Astronomía, y los Observatorios Ópticos de Caltech.