Investigadores chilenos consiguen tiempo de observación en el Telescopio Espacial James Webb

Un estudio realizado con el Telescopio Espacial James Webb detectó las moléculas orgánicas complejas en la galaxia más lejana hasta ahora. En la investigación participaron los chilenos Manuel Aravena y Manuel Solimano, de la Universidad Diego Portales y del Centro de Excelencia en Astrofísica CATA.

El estudio publicado este lunes en la revista científica Nature, explica que estas moléculas se originaron unos 1.500 millones de años después del Big Bang.

Llegar a tener tiempo de observación en un telescopio internacional no es fácil, hay varios filtros por los que se debe pasar. En apenas el segundo ciclo de asignación de tiempos de observación en el Telescopio Espacial James Webb (JWST), tres proyectos liderados por miembros del Instituto de Estudios Astrofísicos de la Universidad Diego Portales (IEA UDP) fueron seleccionados para tener acceso a horas de observación con el instrumento.

Se trata de la primera vez que iniciativas lideradas desde Chile lo obtienen, el telescopio fue puesto en órbita a finales de 2021 y hace meses que circulan sus primeras imágenes, las cuales sorprendieron al mundo por su nitidez e importancia para la ciencia.

El JWST es el telescopio espacial más moderno que existe en la actualidad, se encuentra a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, es decir, cuatro veces más lejos que la Luna. Su tecnología es capaz de tomar imágenes nunca antes alcanzadas de estrellas y permite acercar a los científicos a ver el origen del universo y, por esto mismo, es uno de los telescopios más codiciados por los astrónomos.

Para obtener tiempo en el JWST, los científicos deben enviar una propuesta de observación al Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, Estados Unidos –institución que controla el Telescopio Espacial James Webb y Hubble–, donde tienen que especificar qué objeto o sistema quieren observar, cómo, con qué instrumento y por qué es científicamente relevante mirarlo. Luego, un panel de expertos mundiales en el tema califican las solicitudes y se galardonan las que tengan los puntajes más altos y sean plausibles de hacer, en un proceso similar al de otros observatorios.

“Obtener tiempo en el JWST (y en general en telescopios espaciales) es muy difícil, donde solo ~14% a nivel mundial son aceptadas. Por lo tanto es un verdadero honor tener tiempo en JWST. Quizás lo más relevante es lo increíble que son estas imágenes y datos obtenidos por el JWST, realmente asombrosas, y por lo tanto es muy motivante y entretenido poder tener la oportunidad de obtener estos datos”, explicó el astrónomo Manuel Aravena.

Las investigaciones

Pero ¿qué harán los astrónomos chilenos? El investigador posdoctoral Jorge González López y el académico Manuel Aravena lideran un proyecto titulado “Unveiling the interplay between the circumgalactic and interstellar media in a complex protocluster environment at z=4.5”, en que también participarán el académico Roberto Assef y los estudiantes Ana Posses y Manuel Solimano.

La iniciativa busca aprovechar las características del JWST para estudiar la interacción del gas ionizado, el medio interestelar y los componentes estelares necesarios para entender los procesos de retroalimentación y el crecimiento galáctico en galaxias distantes.

“Nosotros estudiamos la evolución de galaxias, queremos saber cómo nacen, crecen y forman estrellas. Para eso observamos galaxias muy lejanas, de cuando el universo era más joven y las galaxias recién se estaban formando. Lo que hemos observado en estas galaxias es que hay mucho gas rodeándolas y de distinto tipo y no sabemos por qué ese gas llegó ahí. Como el gas es el combustible para formar estrellas, es crucial entender bien ese gas extendido que rodea las galaxias para saber cómo reciben el combustible las galaxias”, explicó el investigador Jorge González López.

El trabajo de González López y Aravena no es la única investigación que tendrá tiempo de observación en el JWST, el astrónomo Manuel Solimano, estudiante del Doctorado en Astrofísica de la Universidad Diego Portales, liderará una iniciativa titulada “The LAHst of Us: A Sub-kiloparsec View Into The Origins Of a Strongly-Lensed Lyman Alpha Halo at z=3”, que explorará los orígenes de los halos de gas conocidos como Lyman Alpha.

“Alrededor de las galaxias distantes que están activamente formando estrellas, se suele observar un halo difuso que brilla con un característico color ultravioleta, similar al halo que se forma alredor de los focos en una noche con niebla. Estos halos, conocidos como ‘halos de Lyman Alpha’ (o LAHs por sus siglas en inglés), nos indican la presencia de gigantescas nubes de gas que envuelven a las galaxias. Algo así como una atmósfera de la cual se nutren para continuar formando estrellas. A pesar de que son bastante comunes, todavía se sabe poco acerca de los mecanismos físicos que originan los halos de Lyman Alpha. Como parte de mi proyecto de doctorado, busco dar pistas sobre el origen de estos objetos y sobre qué nos pueden decir acerca de la evolución de galaxias”, explicó el científico.

En el caso de la investigación de Manuel Solimano, tendrán siete horas de observación y se llevarán a cabo entre abril y junio de 2024.

Con las horas de observación podrán “determinar la distribución y cinemática del gas ionizado por las estrellas en formación, y así identificar qué zonas de las galaxias contribuyen en mayor medida a iluminar el halo de Lyman-alfa asociado. Además, tendremos una visión cuantitativa del efecto de la colisión entre las dos galaxias. En otras palabras, gracias a la excelente sensibilidad y resolución angular del telescopio Webb, seremos capaces de conectar lo que está ocurriendo en el medio interestelar de estas galaxias con lo que ocurre a más grandes escalas”, sostuvo Solimano.

Por último, la académica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la UDP, Bin Yang, liderará un proyecto titulado “Probing Water Ice in Distant Comets: Crystalline or Amorphous?”. La iniciativa busca caracterizar el hielo de agua en una serie de cometas, a fin de entender mejor el rol que juega este elemento en la formación de sistemas planetarios.

Desarrollo de la astronomía en Chile

Un aspecto importante a mencionar es que los científicos no trabajan solamente con la información que podrán obtener gracias al JWST sino que las investigaciones necesitan cruzar los datos con otros instrumentos, y ahí reside la importancia de la cooperación internacional y el desarrollo tecnológico en Chile.

“Las observaciones del JWST nos permitirán medir la naturaleza del sistema, midiendo la distribución del gas ionizado y de estrellas, compararlo con lo que vemos en las imágenes de ALMA y VLT (ESO), y la abundancia de galaxias que forman el (proto) cúmulo. Esto solo lo puede hacer JWST”, mencionó Manuel Aravena.

La claridad de los cielos de Chile en el norte del país son una gran ventaja para transformarse en una potencia en observación astronómica a nivel mundial. Los astrónomos destacan que en los últimos diez años la astronomía en el país ha crecido.

“Yo diría que el nivel de la investigación astronómica en Chile está a nivel mundial, comparable con las mejores universidades e institutos del mundo. Nuestros cielos y el nivel académico nos pone en una posición única, y posiciona a la astronomía como un eje estratégico del desarrollo del país. Claramente, se han hecho grandes avances en el desarrollo de la astronomía a nivel nacional a través de ANID y las organizaciones internacionales”, destacó Manuel Aravena.

Una opinión similar comparte Jorge González López: “Chile ha avanzado mucho en la investigación astronómica local. Todavía estamos luchando por hacer el mejor uso de todos los telescopios e instrumentos disponibles para la comunidad chilena. Esto ha ido llegando con el arribo de más y más astrónomos a instituciones chilenas. Algo a rescatar, es que ya estamos empezando a ser reconocidos como fuente de astronomía de alto nivel. Un ejemplo son estos proyectos de JWST, donde el tiempo no fue otorgado por ser chilenos, sino porque la ciencia que se hace en Chile esta en un muy buen nivel”.

Al respecto, Solimano recalcó que “el capital humano es lo que más se ha desarrollado, mientras que el desarrollo de tecnologías se ha producido principalmente en el extranjero. Si bien existe una creciente inversión en el área de instrumentación astronómica, me parece que todavía queda mucho por crecer en esta área. Asimismo, hoy tenemos el desafío de la protección de los cielos nocturnos ante el crecimiento de las ciudades, la actividad minera, y la proliferación desregulada de constelaciones de satélites comerciales. Después de todo, la calidad de nuestro cielo fue y sigue siendo el principal atractivo de Chile como foco de desarrollo de la astronomía”.

En la misma línea, Aravena añade que “necesitamos ser capaces de desarrollar nuestros propios instrumentos, telescopios, y entrenar a los futuros astrónomos, ingenieros, etc. El desarrollo de las ciencias básicas ha demostrado ir de la mano con el desarrollo educacional de los países. Es algo que permea a la sociedad. Para ello, no solo se necesita mayor inversión gubernamental, sino también a nivel privado, como se hace comúnmente en los países desarrollados. En Chile el aporte privado en estos temas es casi nulo. Para ello, es importante que se den las condiciones para que los privados también puedan participar”, recalca.

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