El telescopio espacial James Webb descubre la lente gravitacional más lejana jamás creada
En la relatividad general de Einstein, la materia y la energía curvan el espacio-tiempo.
Una mirada animada a cómo responde el espacio-tiempo cuando la masa se mueve a través de él ayuda a ilustrar cuán cualitativamente no es solo un trozo de tela. En cambio, todo el espacio tridimensional se vuelve curvo debido a la existencia y propiedades de la materia y la energía dentro del universo. Múltiples masas en órbita una alrededor de otra emitirán ondas gravitacionales, mientras que cualquier luz que pase a través de una región que contenga este espacio-tiempo deformado será doblada, distorsionada y quizás amplificada por los efectos del espacio curvo.
Si reuniésemos suficiente masa en un solo lugar, el espacio quedaría gravemente distorsionado.
En esta imagen, un cúmulo masivo de galaxias en el centro da lugar a varias características de lentes poderosas. Las galaxias de fondo tienen luz que se dobla, se estira y se distorsiona en anillos y arcos, donde también se amplifica mediante lentes. Este sistema de lentes gravitacionales es complejo, pero útil para aprender más sobre la relatividad de Einstein en acción.
Cuando la luz pasa a través de esa región distorsionada, se produce una curvatura y un aumento.
Una galaxia de fondo distante es captada con tanta nitidez a través del cúmulo superpuesto lleno de galaxias que se pueden ver tres imágenes independientes de la galaxia de fondo, con tiempos de viaje de la luz dramáticamente diferentes. En teoría, las lentes gravitacionales podrían revelar galaxias mucho más débiles de las que se verían sin dichas lentes, pero todas las lentes gravitacionales solo ocupan un rango muy estrecho de ubicaciones en el cielo, ya que están colocadas alrededor de fuentes de masa individuales.
Se comporta de manera similar a una lente óptica, pero funciona gracias a la gravedad: lentes gravitacionales.
Una de las características más espectaculares encontradas en el campo El Gordo, vista con los ojos del Telescopio Espacial James Webb, es la estrella gigante roja más distante jamás descubierta: Quyllur, el término quechua para estrella. Es la primera estrella gigante roja descubierta a más de mil millones de años luz de distancia y, de hecho, se encuentra a más de 10 mil millones de años luz. Sólo era visible gracias a las capacidades únicas del Telescopio Espacial James Webb combinadas con el aumento de la lente gravitacional de El Gordo.
Cuando el observador, la lente y los objetos del fondo están todos alineados, Muestra características sorprendentes.
Esta ilustración de lentes gravitacionales muestra cómo las galaxias de fondo (o cualquier trayectoria de luz) se distorsionan por la presencia de masa intermedia, pero también muestra cómo el espacio mismo se curva y distorsiona por la presencia de la masa de primer plano. Cuando se alinean varios objetos de fondo con la misma lente de primer plano, un observador correctamente alineado puede ver múltiples conjuntos de imágenes múltiples, o incluso un «anillo de Einstein» en el caso de una alineación perfecta. Si se produce un evento transitorio, como una supernova, en la galaxia de fondo, aparecerá con retrasos en el tiempo en las diferentes imágenes.
Se hacen posibles arcos, múltiples imágenes e incluso episodios completos.
Esta vista de lado a lado del cúmulo de galaxias SMACS 0723 muestra vistas MIRI (izquierda) y NIRCam (derecha) de esta región desde el Telescopio Espacial James Webb. Tenga en cuenta que, aunque hay un cúmulo de galaxias brillante en el centro de la imagen, los objetos más interesantes están distorsionados y amplificados gravitacionalmente por el propio cúmulo, y están ubicados mucho más lejos que el propio cúmulo.
A menudo, los cúmulos de galaxias son las mejores lentes gravitacionales, ya que tienen masas muy grandes.
La galaxia de triple lente que se muestra aquí se conoce como «El Gancho», debido a su apariencia única formada por lentes gravitacionales en primer plano. Si bien todo el cúmulo en primer plano, El Gordo, representa la galaxia de fondo, es la galaxia doble prominente en el cúmulo en primer plano la que le da a «Fishhook» su sorprendente apariencia.
Pero, en teoría, las galaxias compactas masivas también podrían actuar como lentes gravitacionales.
Este objeto no es una galaxia de un solo anillo, sino más bien dos galaxias a distancias muy diferentes entre sí: una galaxia roja cercana y una galaxia azul más distante que está influenciada gravitacionalmente por la masa de la galaxia en primer plano. Estos objetos simplemente se encuentran en la misma línea de visión, con la luz de la galaxia de fondo distorsionada, estirada y amplificada por la gravedad de la galaxia de primer plano. El resultado es un anillo casi perfecto, que se conocería como anillo de Einstein si fuera un círculo perfecto de 360 grados. Aunque la formación de lentes es más común que los cúmulos de galaxias, las galaxias individuales pueden hacerlo si son lo suficientemente compactas y si la alineación es correcta.
Este tipo de galaxias son raras hoy en día.Pero las galaxias compactas y masivas eran comunes hace entre 10 y 12 mil millones de años.
Llevándonos mucho más allá de los límites de cualquier observatorio anterior, incluidos todos los telescopios terrestres de la Tierra más el Hubble, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA nos ha mostrado las galaxias más distantes jamás descubiertas en el universo. Si mapeamos suficientemente bien las posiciones 3D de las galaxias observadas y medidas, podemos crear una representación visual del universo, y los datos CEERS de JWST nos permiten hacerlo aquí. A mayores distancias, las galaxias compactas son más comunes; A distancias más cercanas, la norma son galaxias más difusas.
Observada por el telescopio espacial James Webb, es una galaxia masiva, compacta y distante. Se ha descubierto que se comporta como una lente gravitacional.
Este sistema de lentes gravitacionales del campo COSMOS-Web consta de una galaxia masiva y compacta ubicada aproximadamente a 17 mil millones de años luz de distancia, y una galaxia más distante a 21 mil millones de años luz de distancia cuya luz se estira en forma de anillo. La descomposición de los dos componentes se muestra a continuación.
La lente en sí está a 17 mil millones de años luz de distancia: otros 2,3 mil millones de años luz de distancia Del poseedor del récord anterior.
Esta imagen muestra datos del Telescopio Espacial James Webb en cinco filtros NIRCam en diferentes longitudes de onda (arriba) de la lente gravitacional y la galaxia con lente detrás de ella juntos. Abajo, la luz se divide para mostrar la lente frontal (izquierda) y el anillo trasero (derecha) separados en sus respectivos componentes.
Otros 4 mil millones de años luz más allá de la lente hay una galaxia de fondo, fotografiada con una forma perfecta para la lente. En el anillo de Einstein.
La misma región del espacio fotografiada por el telescopio espacial James Webb fue fotografiada previamente por Spitzer en longitudes de onda largas (24 micrones). La diferencia de resolución entre los dos observatorios, combinada con las discrepancias en la relación señal-ruido, muestra cuán superior es el Telescopio Espacial James Webb (JWST) a su predecesor en el campo infrarrojo.
La luz en forma de anillo revela la masa de la lente: 650 mil millones de soles, concentrados en unos pocos miles de años luz.
Una vez que se identificó la galaxia con lente más distante en los datos del Telescopio Espacial James Webb, se examinaron los datos de archivo del Hubble, donde se detectó evidencia de un anillo y una lente en primer plano en los datos, respectivamente, a 814 nm y 1,6 micrones.
Es posible que se resuelvan múltiples características fotografiadas dentro del anillo dentro de la galaxia de fondo.
Al examinar solo un subconjunto de la luz del Telescopio Espacial James Webb, el anillo se puede separar de la lente frontal, donde varias características clave (como el brillo rojo y las regiones brillantes de formación de estrellas) se resaltan y aparecen varias veces. Con más análisis y datos futuros, se pueden reconstruir completamente las características individuales del fondo y el sistema de lentes.
Combinando el zoom y las capacidades del telescopio espacial James Webb, el universo se enfoca cada vez más.
Esta vista de campo amplio, centrada alrededor de la lente gravitacional más lejana jamás descubierta, muestra un área más grande que el campo COSMOS-Web. El anillo de Einstein es una clara evidencia de la existencia de lentes gravitacionales.
Mostly Mute Monday cuenta una historia astronómica con imágenes, elementos visuales y no más de 200 palabras.
