13 Dec 2022
WEAVE, un potente espectrógrafo multifibra de última generación instalado en el telescopio William Herschel (WHT) del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Islas Canarias), ha obtenido su primera luz. El instrumento, en cuyo equipo científico participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha obtenido espectros de dos de las galaxias del Quinteto de Stephan, que muestran que WEAVE ya genera datos de alta calidad.
Las primeras observaciones se llevaron a cabo con el haz de fibras llamado unidad de campo integral grande (LIFU), uno de los tres sistemas de fibra de WEAVE en el que 547 fibras ópticas estrechamente empaquetadas transmiten la luz en un área hexagonal del cielo al espectrógrafo, donde se analiza y registra.
El LIFU estaba dirigido a NGC 7318a y NGC 7318b, dos galaxias en el corazón del Quinteto de Stephan, un grupo de galaxias en interacción. El grupo, a 280 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Pegaso, está experimentando una gran colisión de galaxias y proporciona un laboratorio natural para las consecuencias de las colisiones de galaxias en la evolución de las galaxias. Los espectros obtenidos por WEAVE revelan los movimientos de las estrellas y el gas, la composición química de las estrellas, las temperaturas y densidades de las nubes de gas, entre otros, y permiten comprender cómo las colisiones de galaxias transforman las galaxias del grupo.
"Nuestro objetivo era albergar un instrumento único que permitiera llevar a cabo investigaciones astronómicas de vanguardia. Ahora nos complace demostrar que la parte LIFU de WEAVE no solo funciona, sino que produce datos de alta calidad”, indica Marc Balcells, director del Isaac Newton Group of Telescopes (ING) al que pertenece el telescopio que aloja WEAVE. Por su parte, el investigador principal de WEAVE, Gavin Dalton, destaca "la riqueza de la complejidad revelada por una sola observación detallada de este par de galaxias cercanas, que proporciona una excelente ilustración del poder y la flexibilidad de WEAVE”.
WEAVE, UN ESPECTRÓGRAFO DE ÚLTIMA GENERACIÓN
WEAVE es un espectrógrafo multimodo y multifibra construido por un consorcio de instituciones astronómicas europeas, dirigido por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido, para convertirse en la instalación espectroscópica de próxima generación para el WHT.
WEAVE utiliza fibras ópticas para recolectar luz de fuentes celestes y la transmite 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. La versatilidad de WEAVE es una de sus mayores fortalezas. Mientras que el modo LIFU aloja 547 fibras estrechamente empaquetadas para obtener imágenes de áreas extensas del cielo, en el modo MOS se pueden colocar por separado hasta 960 fibras individuales utilizando dos robots para captar la luz de muchos cientos de estrellas, galaxias o cuásares. En el modo mIFU, las fibras se organizan en 20 unidades, cada una de las cuales consta de 37 fibras, que se utilizan para estudiar objetivos pequeños y extensos, como nebulosas y galaxias distantes.
WEAVE proporciona también velocidades a lo largo de la línea de visión a través del efecto doppler. Dependiendo del objetivo científico, se elige entre dos poderes de resolución espectral: a baja resolución, los espectros distinguen diferencias de velocidad de aproximadamente 5 kilómetros por segundo, y a alta resolución de 1,2 kilómetros por segundo. Incluso con su poder más bajo 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.
CIENCIA CON WEAVE
En los próximos cinco años, el ING destinará el 70% del tiempo disponible en el WHT a ocho grandes sondeos con WEAVE, seleccionados entre los propuestos por las comunidades astronómicas de los países socios. Todos estos estudios requieren espectros de hasta millones de estrellas y galaxias individuales, un objetivo posible gracias a la capacidad de WEAVE para observar casi mil objetos a la vez.
Estos sondeos cubren 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, lo que permitirá desarrollar 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 balizas para mapear la distribución espacial y la interacción del gas y las galaxias cuando el universo tenía solo alrededor del 20% de su edad actual.
El ING también pondrá a disposición el 30% del tiempo para proyectos seleccionados de forma competitiva entre los propuestos por astrónomos de los países socios del ING. Estos proyectos aprovecharán la versatilidad de WEAVE para brindar respuestas rápidas a preguntas inmediatas. También existen canales para programas que explotan conjuntamente WEAVE y las diversas capacidades de los telescopios de los Observatorios de Canarias como el Gran Telescopio Canarias de 10.4 metros.
La construcción de WEAVE ha sido financiada por el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC, Reino Unido), la Escuela de Investigación de Astronomía de los Países Bajos (NOVA, NL), la Fundación de Ciencias Holandesa (NWO, NL), el Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING, Reino Unido /NL/ES), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, ES), el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO, ES), el Ministerio de Ciencia e Innovación (MCI), el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF, IT), Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas (CNRS, FR), Observatorio de París – Universidad de Ciencias y Letras de París (FR), Observatorio de Besançon (FR), Región île de France (FR), Región Franche-Comté (FR), Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, MX), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, MX), Observatorio de Lund (SE), Universidad de Uppsala (SE), Instituto Leibniz AIP (DE), Instituto Max-Planck de Astronomía (MPIA, DE), Universidad de Pensilvania ( EE. UU.) y el Observatorio Konkoly (HU).
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(A) Primera luz del instrumento WEAVE
(B) El telescopio William Herschel con WEAVE. El posicionador WEAVE está alojado en la caja negra de 1,8 metros sobre el anillo superior. Las fibras ópticas recorren la estructura del telescopio hasta el recinto gris claro de la izquierda que alberga el espectrógrafo WEAVE. Crédito: Sebastián Kramer. Derecha: La imagen del JWST con el WEAVE LIFU apuntando al Quinteto de Stephan para la observación de la primera luz. El LIFU recoge la luz de 547 puntos del cielo para su análisis por el espectrógrafo WEAVE (cada círculo indica una fibra óptica de 2,6 segundos de arco de diámetro). La observación proporciona información física de cada región separada de cada galaxia, así como del espacio intermedio.
(C) La ventaja de LIFU proviene de la gran cantidad de información contenida en cada observación. WEAVE produce espectros para cada uno de los 31.500 puntos o regiones en y alrededor de las galaxias en dos horas. La intensidad de la luz de las fibras construye la imagen de las galaxias que se muestran en el centro. Los espectros individuales (intensidad en cada longitud de onda; se muestran siete ejemplos) brindan una gran cantidad de información sobre las condiciones físicas en cada ubicación. En los dos núcleos de galaxias (arriba a la derecha), los espectros indican estrellas moderadamente antiguas (mil millones de años) y sin formación estelar en curso. Los espectros angostos y puntiagudos en la parte inferior derecha son típicos del gas (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre) calentado a más de diez mil grados por estrellas muy jóvenes, mientras que los picos anchos y asimétricos en los espectros que se muestran a la izquierda indican choques turbulentos entre nubes de gas.