La lente gravitacional SMACS J0723.3-7327 estudiada con la nueva imagen del telescopio Webb

Por Francisco R. Villatoro, el 15 julio, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 5

Ya han aparecido en arXiv los dos primeros artículos que usan imágenes del telescopio espacial James Webb, en concreto, su primera imagen, que muestra el cúmulo galáctico SMACS J0723.3-7327 situado a z=0.3877. Sendos artículos que estiman la distribución de masa en esta lente gravitacional fuerte. El artículo de Mahler et al. estima una masa para el cúmulo de (3.79 ± 0.01) × 10¹³ M⨀ (masas solares) a una distancia de 78 kpc, y de (4.69 ± 0.01) × 10¹³ M⨀ a 90 kpc, valores que se pueden comparar con los basados en el telescopio Hubble de Golubchik et al. (LCMF, 12 jul 2022) que son (3.42 ± 0.47) × 10¹³ M⨀ a 78 kpc y (4.15 ± 0.58) × 10¹³ M⨀ a 90 kpc. En la reconstrucción mostrada en esta figura se han usado 21 grupos de imágenes múltiples de galaxias; por ejemplo, los números 17.1, 17.2 y 17.3 indican tres imágenes de una galaxia a z=5.1727. En la figura se muestran las curvas críticas para z=8 obtenidas con dos modelos diferentes (colores rojo y celeste), ambas usando el software Lenstool. Obviamente, se trata de artículos y de reconstrucciones realizados a toda prisa y corriendo, lo que me sugiere que se podrían hacer mucho mejor. Sin lugar a dudas, lo que buscan los autores con una publicación tan rápida es recibir muchas citas.

La imagen lensada más llamativa de la imagen del Webb es la galaxia espiral con forma de boina o txapela (de ahí que en el artículo la llamen ‘Beret’ galaxy) que se muestra en el cuadrado blanco de la imagen; se trata de una galaxia «cercana», con z=1.16, por lo que no ha sido usada en la reconstrucción de la densidad de masa de la lente gravitacional. El software usado, Lenstool, usa un algoritmo de Montecarlo basado en cadenas de Markov (MCMC) que explora el espacio de parámetros con objeto de identificar los parámetros que describen la densidad de masa que mejor ajustan las imágenes múltiples observadas y las predichas para dicha distribución.

Una prueba de lo rápido que se han escrito estos artículos es que en el título del artículo de Mahler et al., que proclama una reconstrucción de precisión el nombre del cúmulo está mal escrito (una errata sin importancia que no han visto ninguno de los 15 autores). Los artículos son Guillaume Mahler, Mathilde Jauzac, …, Anna Niemiec, «Precision modeling of Webb’s first cluster lens SMACS J0723.3−7327,» arXiv:2207.07101 [astro-ph.GA] (14 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.07101; y
Massimo Pascale, Brenda Frye, …, Stephen Wilkins, «Unscrambling the lensed galaxies in JWST images behind SMACS0723,» arXiv:2207.07102 [astro-ph.GA] (14 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.07102.

Esta figura muestra la imagen de NIRCam del JWST centrada en la galaxia más brillante del cúmulo SMACS J0723. Las líneas moradas muestran la reconstrucción de la distribución de densidad de masa para el perfil de la lente gravitacional fuerte obtenida con Lenstool. Las líneas blancas muestran una reconstrucción similar obtenida usando una imagen de rayos X de Chandra. Los autores también han comparado su reconstrucción con la obtenida por Golubchik et al. (2022) usando la imagen del telescopio Hubble (que comenté en LCMF, 12 jul 2022).

El artículo de Pascale et al. realiza una reconstrucción de peor precisión, identificando 18 conjuntos de múltiples imágenes de galaxias, de los que solamente 13 son nuevos (el número total imágenes de galaxias en este conjunto es de 39). La identificación ha sido realizada por inspección visual por parte de expertos en lensado fuerte. Solo se conocen los desplazamientos al rojo (z) de las galaxias denotadas por 1.1–1.3, 2.1–2.3 y 5.1–5.3, que son z = 1.450 ± 0.001, 1.378 ± 0.001 y 1.425 ± 0.001, respectivamente. Según los autores hay 35 galaxias con mayores desplazamientos al rojo, hasta z = 8.3 que no forman parte de sistemas de imágenes múltiples, así no se han considerado.

Esta imagen muestra la reconstrucción de la curva crítica a z = 1.45 usando los 18 grupos de imágenes múltiples. El análisis realizado es muy similar al desarrollado por Golubchik et al. (LCMF, 12 jul 2022) para la imagen de Hubble. El radio de Einstein estimado a z = 2 es de θ = 13.5″ ± 1.6″, con una masa contenida en la curva crítica de M = (3.08 ± 0.48) × 10¹³ M⨀ (nota que el error es mucho mayor que el estimado por Mahler et al.); para at z = 1.45 se estima θ = 16.9″ ± 2″ y M = (4.15 ± 0.58) × 10¹³ M⨀. Por cierto, indican que han observado una cruz de Einstein, en las coordenadas (07:23:02.7975, 73:27:08.814), pero no la discuten en detalle (supongo que publicarán un futuro artículo específico; de hecho, Mahler et al. no dicen nada al respecto, aunque supongo que también la habrán visto).

Sin lugar a dudas, dos artículos rápidos con análisis acelerados cuyos resultados serán mejorados por futuros estudios. En ciencia ser el primero siempre ofrece ventajas; la más clara es recibir más citas. Habrá que estar al tanto para confirmar que estos análisis apresurados logran su objetivo. Porque en ciencia las prisas siempre son malas consejeras.



5 Comentarios

  1. Hola, Francis. Como bien dices, las prisas nunca son buenas, y menos en el campo científico.
    Mi conocimiento del software Lenstools me lleva a una duda que comparto contigo:¿crees que el desarrollo de modelos de masa para este cúmulo y su implementación con el software puedan dar idea efectiva de posibles estructuras de materia oscura en el cúmulo? Estoy pensando en poder obtener pruebas de posible autointeracciones entre la propia materia oscura. Lógicamente estos análisis necesitarán mucho más tiempo para hacerse y mucha más estadística con otros cúmulos galácticos con lensado fuerte que proporcione JWST.

    Desde luego es apasionante y emocionante ver la buena ciencia que nos espera. Pero como bien dices, con tiempo…. Y no sólo esperando la cita rápida… Pero es comprensible. Forma parte del juego para alcanzar méritos académicos lo antes posible.

    Un saludo.

    1. No lo sé, Antonio, pero así me gustaría. Creo que si se consideran todos los lensados de la imagen, incluso los que se encuentran más cerca del cúmulo, se puede obtener una distribución bastante precisa de la materia oscura del cúmulo. Pero es solo una opinión, nunca he intentado hacer este tipo de reconstrucciones y mi experiencia con otros problemas inversos (en ecografía y tomografía) me indica que no es nada fácil obtener una reconstrucción precisa independiente del modelo.

  2. Un gif comparando una foto del Hubble y otra del James Webb, no es solo la definición, es que aparecen cosas que antes «no estaban».

    Supongo que algunas aparecen y otras desaparecen porque no trabajan en las mismas longitudes de onda pero hay algunas apariciones que se antoja difícil que el Huble no pudiera verlas aunque fuera con menor definición.

    ¿Puede ser que se deba a un efecto de lensado?

    https://ibb.co/CbfMxTq

Deja un comentario