Una nueva calibración de las imágenes del Webb modifica el desplazamiento al rojo fotométrico de muchas galaxias

Por Francisco R. Villatoro, el 11 agosto, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Noticias • Physics • Science ✎ 7

Las primeras imágenes del telescopio espacial James Webb (JWST) fueron obtenidas usando la calibración por defecto. Su objetivo era reclamar atención mediática; y el objetivo se cumplió con creces. El análisis científico posterior exige usar una recalibración, pero con las prisas por publicar muchos astrofísicos omitieron dicho paso. Ahora se publica en arXiv que dicho paso es clave para la estimación fotométrica del desplazamiento al rojo de una galaxia (zphot). Candidatos a ser galaxias de récord, como F200DB-045 con zphot ≈ 20.4 resultan tener zphot =0.70+0.19−0.05, o como SMACS-z16a con zphot = 15.97 ± 0.37 que parece tener zphot = 2.96+0.73−0.21. Por supuesto, en algunos casos la nueva calibración influye muy poco, como para SMACS-z16b con zphot = 15.7 ± 0.7, que ahora tendría zphot = 15.39+0.18−0.26, o como SMACS-z12b con zphot = 12.35 ± 0.68 que tendría con zphot = 12.09+0.16−0.18.  Como ya comenté en este blog, las galaxias zphot ~ 20 solo son candidatos a galaxias (LCMF, 27 jul 2022) y muchos de los candidatos a galaxias con z > 12 podrían tener z < 7 (LCMF, 04 ago 2022). Obviamente, hasta que no se obtengan los espectros de estas galaxias no se podrá realizar una estimación confiable de su desplazamiento al rojo. ¿Habrá observado el Webb alguna galaxia con z > 15? Quizás todos los candidatos fotométricos con z > 15 sean espurios. En unos meses lo sabremos.

El nuevo artículo ha usado la versión 1.6.2. del «dataducto» (pipeline) de procesado de las imágenes del JWST, junto con la versión 0942 del sistema de datos de referencia para la calibración (CRDS, por Calibration Reference Data System); ambos eran la última versión disponible en el momento de inicio del estudio. Se han procesado de forma independiente las imágenes del Webb en cada filtro con especial énfasis en el ruido de fondo (el llamado ruido rosa, o ruido 1/f). Sin entrar en los detalles técnicos del procesado, que además me superan, se ha logrado estimar una profundidad óptica para los filtros de F090W = 28.2, F150W = 28.2, F200W = 28.4, F277W = 28.9, F356W = 28.9, y F444W = 28.45 para aperturas con un diámetro de 0.32 segundos de arco. Tras este procesado se han buscado por el método fotométrico galaxias con un desplzamiento al rojo de z > 9, es decir, candidatos a galaxias de la época de reionización. El más confiable de los candidatos a galaxias lejanas encontradas es una galaxia enana con 𝑧 = 11.5, con una masa estelar de entre 107.8 y 108.2 masas solares; para otros candidatos más lejanos no se puede descartar que sean pares de galaxias muy próximos. La comparacíon con estimaciones fotométricas previas nos recuerda que un análisis reposado siempre es mejor que uno apresurado; de hecho, es posible que futuros estudios fotométricos modifiquen las conclusiones de este estudio. En ciencia el tiempo es mucho más que oro.

La pregunta es si la nueva estimación fotométrica es confiable. Me temo que debo hacer de abogado del diablo: yo tampoco me la creo (pero como no soy experto mi opinión es irrelevante). En septiembre hablaremos de estos resultados en el podcast Coffee Break: Señal y Ruido recabando una opinión más fiable que la mía. Hasta entonces puedes disfrutar del artículo de N.J. Adams, C.J. Conselice, …, A. P. Vijayan, «Discovery and properties of ultra-high redshift galaxies (9 < 𝑧 < 12) in the JWST ERO SMACS 0723 Field,» submitted to MNRAS, arXiv:2207.11217 [astro-ph.GA] (22 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.11217.

Con el nuevo análisis se han detectado 7 nuevos candidatos a galaxias con z > 9 en la primera imagen de SMACS 0723 del JWST. En el nuevo procesado de esta imagen se ha alcanzado una resolución de 0.03 segundos de arco por píxel (seguramente este valor podrá ser mejorado con futuras calibraciones). El nuevo calibrado ha observado que los canales de mayor longitud de onda (F277W, F356W y F444W) muestran un rendimiento superior al esperado y que el observado en los de menor longitud de onda (F090W, F150W y F200W). Este efecto sesga las estimaciones fotométricas del desplazamiento al rojo de galaxias con unos pocos píxeles. Según los autores del nuevo artículo es de esperar que futuras versiones del dataducto (pipeline) y del método de calibración puedan corregir este defecto. Por ello se han limitado a proponer solo 7 nuevas candidatas a galaxias con z > 9.

En redes sociales estos nuevos siete candidatos a galaxias cuyo corte de Lyman se ha detectado con más de 5 sigmas de significación estadística (algunos con 7.5 sigmas) han generado poco revuelo. Toda la atención se ha centrado en la segunda parte del artículo, donde se comparan las estimaciones del desplazamiento al rojo fotométrico obtenidas con el nuevo método de calibración con las publicadas por otros astrofísicos previamente (obviamente, yo también lo he hecho en los primeros párrafos de esta pieza). La tabla es muy sugerente, pero debe ser tomada con una pizca de sal. En el artículo se presenta como algo colateral, para apoyar la idea de que el análisis fotométrico riguroso realizado con los nuevos siete candidatos debería ser la norma. Aplicando una estimación de la significación estadística resulta que muchos de estos candidatos a galaxias alcanzan muy pocas sigmas (menos de dos sigmas). Por tanto, con seguridad se trata de galaxias cuya estimación fotométrica de su desplazamiento al rojo no es confiable. Por ello, a pesar de lo atractivo de la tabla que aparece en la primera figura de esta pieza, no te recomiendo que confíes en los valores que aparecen en ella; ni en los valores previos, ni en los nuevos valores revisados.

En resumen, el nuevo artículo nos recuerda que el análisis de las imágenes del Webb no es un proceso trivial que se puede realizar de bulla y corriendo. Si se hace así acaba habiendo poco solape entre los nuevos candidatos a galaxias de alto z detectados por diferentes grupos de astrofísicos en la misma imagen; además, se obtienen estimaciones ficticias, poco creíbles, de su significación estadística potencial. Pero, cuidado, el nuevo artículo podría padecer el mismo defecto que los demás. Ni yo puedo decir, ni creo que nadie pueda hacerlo, que la nueva calibración y el nuevo dataducto usados son fetén. Todavía es pronto para saberlo. Se necesita el contraste entre las estimaciones espectroscópicas y las fotométricas. Tiempo al tiempo. Llegarán en unos meses.



7 Comentarios

    1. Muchas gracias por tu trabajo. Tanto aquí como en coffee break. Dicho esto, el problema que tratas es producido por el afán de protagonismo, que se olvida de una premisa importante, la paciencia.

  1. Me imagino que aún queda mucho trabajo por hacer. Mira los errores en F200DB-086 y F15-Da-083. En cualquier caso gracias por tu magnífica ciencia mulera

  2. Francis ¿puedes explicar cómo se validan los datos comparando fotometría y espectrometría y qué es cada cosa?

    Yo pensaba que el color de la imagen tenía que ver con la longitud de onda pero parece que no es así.

    1. NoTengoNiIdea, en la espectrometría se obtiene un espectro de la galaxia que permite determinar la composición y el tipo de galaxia, además de estimar con gran precisión su desplazamiento al rojo usando el corte de Lyman; en la fotometría se toman imágenes con diferentes filtros que permiten obtener, en el caso del Webb, seis puntos del espectro; solo seis puntos son insuficientes para determinar la composición y tipo de la galaxia y solo permiten obtener una estimación grosera de su desplazamiento al rojo (bajo la hipótesis de que entre los seis puntos se encuentra el corte de Lyman). Si quieres más información puedes consultar la wikipedia.

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