Los enigmas del Quinteto de Stephan: primeros resultados científicos de WEAVE, el nuevo espectrógrafo del Telescopio William Herschel

El nuevo instrumento del telescopio William Herschel, WEAVE, publica sus primeros resultados científicos, obtenidos a partir de los datos observados durante su primera luz, es decir, cuando WEAVE captó luz proveniente del Universo por primera vez.

WEAVE (que se corresponde a las siglas en inglés de Telescope Enhanced Area Velocity Explorer) es el nuevo espectrógrafo de gran campo del telescopio William Herschel, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en el municipio de Garafía, en la isla de La Palma, y en cuya construcción ha participado el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Con un coste aproximado de 20 millones de euros, WEAVE está diseñado para revolucionar nuestra comprensión del Universo, ofreciendo detalles sin precedentes.

La doctora Marina Arnaudova de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) es la investigadora principal que ha dirigido a un equipo de más de 50 astrónomos para analizar y publicar los primeros resultados científicos de WEAVE, que giran en torno al Quinteto de Stephan.

También conocido como Grupo Compacto Hickson 92, el Quinteto de Stephan es un grupo de galaxias cercano formado por cinco galaxias (NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 y NGC 7320c). Desde su descubrimiento, en 1877, ha cautivado a los astrónomos sobre todo porque representa una encrucijada galáctica en la que pasadas colisiones entre las galaxias ha dejado tras de sí un complejo campo de escombros.

La actividad dinámica de este grupo de galaxias se ha reavivado gracias a NGC 7318b, una galaxia que lo atraviesa a una extraordinaria velocidad de más de 3,2 millones de kilómetros por hora, provocando un choque inmensamente potente, parecido al estampido sónico de un caza a reacción.

El Quinteto de Stephan constituye, por tanto, un laboratorio ideal para comprender la relación caótica, y a menudo violenta, entre las galaxias. Y esto es precisamente, lo que llevó a la doctora Arnaudova a analizar los datos obtenidos con el modo LIFU de WEAVE durante su observación de primera luz. El modo LIFU permite obtener unos 600 espectros electromagnéticos de manera simultánea con una sola exposición de una aréa en el cielo con forma hexagonal, capaz de cubrir la zona de mayor interés del Quinteto de Stephan.

Arnaudova y su equipo ofrecen en su estudio una nueva perspectiva del frente de choque a gran escala. Combinando datos del modo LIFU de WEAVE con otros instrumentos de vanguardia como el Low Frequency Array (LOFAR), el Very Large Array (VLA) y el James Webb Space Telescope (JWST), han descubierto una naturaleza dual del frente de choque que no había sido descubierta hasta ahora. Los resultados han sido publicados en la revista especializada “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (MNRAS).

A medida que el frente de choque atraviesa las bolsas de gas frío presentes en el entorno de la galaxia NGC 7318b, se desplaza a velocidades hipersónicas -varias veces la velocidad del sonido- y es lo suficientemente potente como para separar los electrones de los átomos, dejando tras de sí una estela brillante de gas cargado.

Sin embargo, cuando el choque atraviesa el gas caliente circundante, se vuelve mucho más débil. En lugar de causar una perturbación significativa, la débil onda de choque comprime el gas caliente, dando lugar a ondas de radio que son captadas por radiotelescopios como LOFAR.

El director del Grupo de Telescopios Isaac Newton, el doctor Marc Balcells, explica que está “entusiasmado al ver que los datos recogidos en la primera luz de WEAVE ya proporcionan un resultado de gran impacto, y estoy seguro de que esto es solo un primer ejemplo de los tipos de descubrimientos que serán posibles con WEAVE en el Telescopio William Herschel en los próximos años”.

Por su parte, el profesor Gavin Dalton, investigador principal de WEAVE, de RAL Space y Universidad de Oxford en el Reino Unido, asegura que “es fantástico ver el nivel de información obtenido por WEAVE. Además de los detalles del choque y el desarrollo de la colisión galáctica que vemos en el Quinteto de Stephan, estas observaciones proporcionan una perspectiva extraordinaria sobre lo que puede estar ocurriendo en la formación y evolución de las galaxias débiles apenas resueltas que vemos en los límites de nuestras capacidades actuales”.

Financiación y construcción de WEAVE

Telescopio William Herschel (WHT). Crédito: Javier Méndez y Lara Monteagudo.

El Isaac Newton Group (ING), al que pertenece el William Hershel, inició los planes para construir WEAVE tras una amplia consulta con la comunidad de usuarios del ING sobre lo que se necesitaba para el futuro. En esa consulta, hubo un amplio consenso sobre la necesidad de un espectrógrafo multiobjeto de gran campo de última generación para explotar desde tierra los enormes sondeos que están llevando a cabo misiones como Gaia de la ESA, ayudando así a abordar los principales retos astrofísicos previstos para la próxima década.

En 2016 se firmó el acuerdo multilateral para diseñar y construir WEAVE entre los países participantes en la operación del ING (Reino Unido, España y Países Bajos), a los que se unieron Francia e Italia, aportando cada país los componentes principales que se enumeran a continuación, y aportando el ING los sistemas auxiliares y la gestión general del proyecto.

El consorcio está dirigido por Gavin Dalton de RAL Space y Universidad de Oxford, como investigador principal; Scott Trager de la Universidad de Groningen en los Países Bajos, como científico del proyecto; Don Carlos Abrams del ING, como director del proyecto; y Chris Benn, del ING como científico del instrumento. Los principales componentes de WEAVE son:

Posicionador de fibras, que ha sido desarrollado por la Universidad de Oxford (Reino Unido) con el apoyo del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en España.

Nueva unidad de foco primario para el WHT, diseñado por ING, IAC y SENER (España), proporcionado por el IAC y fabricado por SENER. Contó con el apoyo del Observatorio Konkoly (Hungría). Las lentes  fueron pulidas por KiwiStar en Nueva Zelanda, financiadas por STFC, NOVA, INAF, IAC e ING, y montadas en SENER Aeroespacial por SENER e ING.

El espectrógrafo fue construido por NOVA en los Países Bajos con diseño óptico de RAL Space en el Reino Unido y la óptica fabricada ha sido fabricada en el INAOE (México) con apoyo del INAF (Italia) y el IAC.

El rotador de campo ha sido proporcionado por el IAC y fabricado por IDOM (España).

Las fibras ópticas han sido proporcionadas por el Observatorio de París (Francia) y fabricadas en Francia, Canadá y EEUU.

La unidad de LIFU fue construida por NOVA (Países Bajos).

Los detectores CCD fueron proporcionados por la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido). El procesamiento, análisis y archivo de datos ha ido a cargo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), IAC (España) y FGG-INAF (Italia), respectivamente.

El sistema de control del observatorio ha sido construido por el ING.
La financiación de WEAVE proviene de fondos aportados por: Science and Technology Facilities Council (STFC, Reino Unido); Netherlands Research School for Astronomy (NOVA, Países Bajos); Dutch Research Council (NWO, Países Bajos); Isaac Newton Group of Telescopes (ING, Reino Unido, Países Bajos y España); Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, España); Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO, España); Ministerio de Ciencia e Innovación (MCI, España); Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER); Instituto Nacional de Astrofísica (INAF, Italia); Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS, Francia);  Observatorio de París – Universidad de Ciencias y Letras de París (Francia); Observatorio de Besançon (Francia); Región Île de France (Francia); Región Franche-Comté (Francia);  Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, México), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, México); Observatorio de Lund (Suecia); Universidad de Uppsala (Suecia); Instituto Leibniz de Astrofísica (AIP, Alemania); Instituto Max-Planck de Astronomía (MPIA, Alemania); Universidad de Pensilvania (Estados Unidos) y Observatorio Konkoly (Hungría).

Acerca del Telescopio William Herschel

El Telescopio Willliam Herschel (WHT) es operado en la isla de La Palma por el Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING) en el Observatorio del Roque de los Muchachos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ubicado en el municipio de Garafía. El ING está financiado por el Science and Technology Facilities Council (STFC-UKRI) del Reino Unido, la Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) de los Países Bajos; y el IAC, de España. La contribución del IAC al ING está financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España.