Los astrónomos e ingenieros han diseñado telescopios, en parte, ser "viajeros en el tiempo". Cuanto más lejos está un objeto, cuanto más tarda su luz en llegar a la Tierra. Mirar hacia atrás en el tiempo es una de las razones por las que el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA se especializa en recolectar luz infrarroja:estas longitudes de onda más largas, que inicialmente fueron emitidas por estrellas y galaxias como luz ultravioleta hace más de 13 mil millones de años, se han estirado, o corrido al rojo, en luz infrarroja mientras viajaban hacia nosotros a través del universo en expansión.

Aunque muchos otros observatorios, incluido el telescopio espacial Hubble de la NASA, han creado previamente "campos profundos" al observar pequeñas áreas del cielo durante períodos de tiempo significativos, la Encuesta de Ciencia de Lanzamiento Temprano de Evolución Cósmica (CEERS), dirigido por Steven L. Finkelstein de la Universidad de Texas en Austin, será el primero para Webb. Él y su equipo de investigación pasarán algo más de 60 horas apuntando con el telescopio a una porción del cielo conocida como Extended Groth Strip. que se observó como parte de la Encuesta de legado extragaláctico profundo del infrarrojo cercano del Hubble o CANDELS.

"Con Webb, queremos hacer el primer reconocimiento de galaxias aún más cercanas al big bang, "Dijo Finkelstein." No es absolutamente posible hacer esta investigación con ningún otro telescopio. Webb es capaz de hacer cosas notables en longitudes de onda que han sido difíciles de observar en el pasado. en el suelo o en el espacio ".

Mark Dickinson del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de la National Science Foundation en Arizona, y uno de los coinvestigadores de la Encuesta CEERS, hace un guiño al Hubble mientras también espera con interés las observaciones de Webb. "Estudios como el del campo profundo del Hubble nos han permitido trazar un mapa de la historia de la formación de estrellas cósmicas en las galaxias dentro de 500 millones de años desde el Big Bang hasta el presente con un detalle sorprendente. ", dijo." Con CEERS, Webb buscará aún más para agregar nuevos datos a esas encuestas ".

Entrega de lo invisible

¿Cómo era el universo primitivo? Ciertamente hay muchos puntos de datos, pero no lo suficiente para crear un censo exhaustivo de sus condiciones. Más, El conocimiento y las suposiciones de los investigadores se actualizan con frecuencia, cada vez que se publica una nueva exposición profunda. "Cada vez que miramos más lejos, encontramos galaxias antes y antes de lo que creíamos posible. Las condiciones en el universo primitivo tenían que ser las adecuadas para que se formaran las galaxias, y se formaron y se volvieron masivas muy rápidamente. ", dijo el co-investigador de CEERS Survey Jeyhan Kartaltepe del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York.

"El universo era más compacto en este momento, lo que significa que las estrellas y galaxias podrían haberse formado con una mayor eficiencia, "Agregó Finkelstein." Algunos modelos predicen que encontraremos 50 galaxias en eras anteriores más distantes de lo que el Hubble puede alcanzar. pero otros predicen que solo encontraremos unos pocos. En ambos casos, los datos nos ayudarán a limitar la formación de galaxias en el universo temprano ".

El equipo de CEERS Survey espera identificar una gran cantidad de objetos distantes, incluidas las galaxias más distantes del universo, las primeras fusiones e interacciones de galaxias, los primeros agujeros negros masivos o supermasivos, e incluso cuásares anteriores a los identificados anteriormente. Estos posibles "primeros" son solo el comienzo del valor de esta investigación:El equipo, que se compone de más de 100 investigadores de todo el mundo, pasará a clasificar muchos objetos en el campo. "Estos datos ayudarán a demostrar cómo era la estructura del universo en varios períodos, "Explicó Finkelstein.

Pulsando "Rebobinar"

Quizás el elemento más emocionante de esta investigación es cómo el equipo utilizará los datos para descubrir nuevos hallazgos sobre un período importante de la historia del universo llamado "Era de la reionización". El Big Bang desencadenó una serie de eventos, que conduce al fondo cósmico de microondas, la edad Oscura, las primeras estrellas y galaxias, y luego a la Era de la Reionización. Durante este período, el gas en el universo se transformó de casi neutral, lo que significa que era opaco a la luz ultravioleta, y quedó completamente ionizado, lo que le permitió ser transparente. La ionización significa que los átomos fueron despojados de sus electrones, lo que eventualmente condujo a las condiciones "claras" detectadas en gran parte del universo actual.

Quedan muchas preguntas sobre este momento único en nuestro universo. Por ejemplo, ¿Cuál fue el responsable de convertir el gas de neutro a ionizado? ¿Y cuánto tiempo pasó antes de que el universo se volviera significativamente menos opaco y mucho más transparente?

"Creemos que esto sucedió cuando la luz ultravioleta se escapó de los jóvenes, formando galaxias, ", Explicó Dickinson." Puede haber otros factores. Por ejemplo, Los primeros agujeros negros de acumulación también pueden haber emitido luz ultravioleta que eventualmente ayudó a transformar el gas ".

Dónde aparecen las galaxias en el cielo ofrece otra pista. "Examinaremos las galaxias de la era de la reionización para ver si están agrupadas en las mismas regiones o si están más aisladas". ", dijo Kartaltepe." Tenemos muchas ideas sobre qué hace que las galaxias crezcan y se vuelvan más masivas, pero necesitamos información más completa sobre estas galaxias para comprender completamente cómo crecieron y evolucionaron inicialmente ".

La presencia de fusiones o interacciones galácticas, o la falta de ellas, también ayudará al equipo a rastrear las condiciones del medio ambiente durante la Era de la Reionización. "La Encuesta CEERS nos dará pistas sobre cómo se desarrolló este período, Dickinson añade. "Ciertamente aprenderemos sobre las galaxias que creemos que son responsables, y también espero aprender sobre la radiación ionizante que se les escapó ".

El equipo ha diseñado la Encuesta CEERS para proporcionar tantos datos complementarios como sea posible para muchos objetivos en este campo de visión. Emplearán tres de los instrumentos de Webb, en varios modos, para obtener imágenes de Extended Groth Strip, además de los espectros. Los espectros son datos invaluables ya que ayudan a los investigadores a identificar los colores, temperaturas mociones, y masas de cada objetivo, y proporcionan una mirada mucho más profunda a la composición química de los objetos distantes.

"Esa es la diferencia con el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb, o NIRSpec, ", Enfatizó Dickinson." Abriremos las rendijas del microobturador del espectrógrafo para observar individualmente cientos de galaxias y obtener sus espectros por primera vez ".

Comenzando a construir un censo

En los meses posteriores a la publicación inicial de datos, Los investigadores de la Encuesta CEERS crearán y publicarán nuevas herramientas y catálogos que cualquier investigador puede utilizar para analizar los datos. incluyendo masas de galaxias, formas de galaxias, y corrimientos al rojo fotométricos. "Con el mismo conjunto de observaciones, cientos de investigadores pueden realizar cientos de experimentos científicos, ", Dijo Kartaltepe." También vamos a encontrar cosas que ni siquiera pensamos en preguntar, que es una razón más por la que la investigación de la Encuesta CEERS será tan gratificante. Nuestra esperanza es que el CEERS Survey influya en futuros estudios de galaxias distantes con Webb, "Añadió Finkelstein." También demostrará a la comunidad que la observación con una variedad de instrumentos y modos son formas muy válidas de aumentar el rendimiento científico de Webb ".