El telescopio Hubble detectó la estrella más lejana jamás observada

Cuando el reconocido escritor británico John Ronald Reuel Tolkien, más conocido como J. R. R. Tolkien, escribió en el verano de 1914 El viaje de Eärendel, la estrella vespertina, en la granja de su tía en Inglaterra, jamás pensó que más de 100 años después, ese nombre creado sería designado a la estrella más lejana jamás descubierta por la humanidad.

El telescopio espacial Hubble de la NASA ha establecido un nuevo punto de referencia extraordinario: detectar la luz de una estrella que existió en los primeros mil millones de años después del nacimiento del universo en el Big Bang, lo que la convierte en la estrella individual más lejana jamás vista hasta la fecha.

El hallazgo es un gran salto más atrás en el tiempo que con el récord anterior de una sola estrella; esta fue detectada por Hubble en 2018. Esa estrella existía cuando el universo tenía unos 4.000 millones de años, o el 30 por ciento de su edad actual, en un momento al que los astrónomos se refieren como un “desplazamiento al rojo de 1.5″. Los científicos usan el término “desplazamiento hacia el rojo” porque a medida que el universo se expande, la luz de los objetos distantes se estira o “se desplaza” a longitudes de onda más largas y rojas a medida que viaja hacia nosotros.

La estrella recién detectada está tan lejos que su luz ha tardado 12.900 millones de años en llegar a la Tierra, y se nos aparece como cuando el universo tenía solo el 7 por ciento de su edad actual, con un desplazamiento al rojo de 6.2. Los objetos más pequeños vistos anteriormente a una distancia tan grande son cúmulos de estrellas dentro de galaxias primitivas.

“Al principio casi no lo creíamos: estaba mucho más lejos que la anterior estrella de mayor desplazamiento al rojo más distante”, dijo el astrónomo Brian Welch de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, autor principal del artículo que describe el descubrimiento , publicado el 30 de marzo en la revista Nature. El descubrimiento se hizo a partir de los datos recopilados durante el programa Estudio de la reionización con lentes gravitacionales en cúmulos (RELICS, por sus siglas en inglés) del Hubble, dirigido por el coautor Dan Coe en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, también en Baltimore.

“Normalmente, a estas distancias, las galaxias enteras se ven manchas pequeñas, donde se mezcla la luz de millones de estrellas”, dijo Welch. “La galaxia que alberga esta estrella ha sido ampliada y distorsionada por lentes gravitacionales en una larga media luna que llamamos el Arco del Amanecer”. Después de estudiar la galaxia en detalle, Welch prolonga que uno de los elementos es una estrella extremadamente magnificada que llamó Earendel, que significa “estrella de la mañana” en inglés antiguo. El descubrimiento promete abrir una era inexplorada de formación estelar muy temprana.

“Earendel existió hace tanto tiempo que es posible que no haya tenido todas las mismas materias primas que las estrellas que nos rodean hoy en día”, explicó Welch. “Estudiar Earendel será una ventana a una era del universo con la que no somos conocidos, pero que condujo a todo lo que conocemos. Es como si hubiéramos estado leyendo un libro muy interesante, pero comenzamos con el segundo capítulo, y ahora tendremos la oportunidad de ver cómo comenzó todo”, dijo Welch.

Cuando las estrellas se alinean

El equipo de investigación estima que Earendel tiene al menos 50 veces la masa de nuestro Sol y es millones de veces más brillante, rivalizando con las estrellas más masivas que se conocen. Pero incluso una estrella tan brillante y de gran masa sería imposible de ver una distancia tan grande sin la ayuda del aumento natural que produce un enorme cúmulo de galaxias, WHL0137-08, que se encuentra entre nosotros y Earendel. La masa del cúmulo de galaxias deforma el tejido del espacio, creando una poderosa lupa natural que distorsiona y amplifica apenas la luz de los objetos distantes que están detrás de él.

Gracias a la rara alineación con el cúmulo de galaxias que sirven de lente de aumento, la estrella Earendel aparece directamente sobre una ondulación en el tejido del espacio, o muy cerca de ella. Esta ondulación, que se define en óptica como una “cáustica”, proporciona el máximo aumento y brillo. El efecto es análogo a la superficie ondulada de una piscina que crea patrones de luz brillante en el fondo de la piscina en un día soleado. Las ondulaciones en la superficie actúan como lentes y enfocan la luz solar al brillo máximo en el fondo de la piscina.

Esta cáustica hace que la estrella Earendel sobresalga del resplandor general de su galaxia de origen. Su brillo se magnifica mil veces o más. A este punto, los astrónomos no pueden determinarse si Earendel es una estrella binaria, aunque la mayoría de las estrellas masivas tienen por lo menos una estrella compañera más pequeña.

Confirmación con el Webb

Los astrónomos esperan que Earendel permanezca muy magnificada en los años venideros. Será observada por el telescopio espacial James Webb de la NASA. La alta sensibilidad del Webb a la luz infrarroja es necesaria para aprender más sobre Earendel, porque su luz se estira (se desplaza hacia el rojo) a longitudes de onda infrarrojas más largas debido a la expansión del universo.

“Con Webb esperamos confirmar que Earendel es de hecho una estrella, así como medir su brillo y temperatura”, dijo Coe. Estos reducirán detalles la investigación sobre su tipo y su etapa en el ciclo de vida estelar. “También esperamos encontrar que el Arco del Amanecer carece de los elementos pesados que se forman en las generaciones posteriores de estrellas. Esto sugiere que Earendel es una estrella rara, masiva y pobre en metales”, dijo Coe.

La composición de Earendel será de gran interés para los astrónomos, porque se formó antes de que el universo se llene con los elementos pesados producidos por las sucesivas generaciones de estrellas masivas. Si los estudios de seguimiento encuentran que Earendel está compuesto únicamente de hidrógeno y helio primordiales, sería la primera evidencia de las legendarias estrellas de Población III, que se supone que son las primeras estrellas nacidas después del Big Bang. Si bien la probabilidad es pequeña, Welch admite que es tentadora de todos modos.

“Con Webb, podemos ver estrellas incluso más lejanas que Earendel, lo que sería increíblemente emocionante”, dijo Welch. “Iremos tan atrás como podamos. Me encantaría ver a Webb romper el récord de distancia de Earendel”.

Este descubrimiento histórico lo ha realizado un equipo internacional de investigadores liderado por Brian Welch, científico de la Universidad Johns Hopkins University de Estados Unidos, y en el que también ha participado el investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC) José María Diego.

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