Estas sí parecen ser las primeras estrellas

Cluster galáctico MACS JO416 que permitió ver el cluster detrás de él que contiene las estrellas más viejas. Foto NASA/ESA/CSA/STScl

Unas reliquias y unos monstruos. Eso eran las primeras estrellas que hubo en el universo unos cientos  de millones de años luego del Big Bang.

Con el uso del telescopio espacial James Webb, astrónomos, según un artículo en The Astrophysical Journal Letters, detectaron algunas de esas primeras estrellas, conocidas como Población III. Se observaron en un grupo denominado LAP1-B a 13 000 millones de años luz de nosotros.

Estas estrellas, Población III, llamadas algunas veces como estrellas oscuras, existieron poco después del Big Bang. El hidrógeno y el helio se combinaron con materia oscura y formaron gigantes estrellas de un millón de masas solares y un brillo 1000 millones mayor que el de nuestra estrella.

Hay varias pistas para creer que las estrellas vistas sí pertenecen a la Población II, explica Eli Visbal, profesor de astrofísica en la University of Toledo, en Ohio (Estados Unidos), autor cabeza del estudio.

Por ejemplo, el espectro revela que tienen grandes cantidades de fotones de alta energía y también que son muy grandes, además su masa cumple con ciertas calculaciones teóricas.. Todo eso concuerda con lo estimado para esa clase de estrellas primordiales.

El James Webb ya había observado estrellas que se cree pertenecen a la Población III, nacidas cuando el universo tenía unos 430 millones de años. Visbal dice, sin embargo, que las detectadas ahora en LAP1-B son las púnicas que reúnen tres condiciones de ese tipo de estrellas.

La observación de este cúmulo de galaxias se logró mediante lentes gravitacionales, que se dan cuando un objeto demasiado masivo, como una galaxia, dobla el espacio-tiempo a su alrededor y se logra ver un objeto que está detrás. Cuando la luz del distante objeto de atrás pasa a través del 'doblez' creado por el objeto de adelante, la luz del de atrás es distorsionada en arcos o anillos, un fenómeno previsto en la teoría de Einstein.

En este caso, LAP1-B se hizo visible cuando un grupo galáctico cercano, MACS JO416 pasó en frente y actuó como lente amplificador.

Qué monstruo el que detectaron

La lente gravitacional en forma de herradura cósmica. El agujero negro supermasivo recién descubierto se encuentra en el centro de la galaxia naranja. Muy atrás, se encuentra una galaxia azul que se está deformando en el anillo en forma de herradura debido a las distorsiones del espacio-tiempo creadas por la inmensa masa de la galaxia naranja en primer plano. Foto NASA/ESA

Es un verdadero monstruo cósmico. Con decir que es al menos 36 000 millones más masivo que el Sol y fue detectado gracias a un anillo de Einstein, previsto en la teoría.    

¿De qué estamos hablando? Pues de un enorme agujero negro, que por fortuna anda a unos 5000 millones de años luz de nosotros.

"Está entre los 10 agujeros negros más masivos descubiertos", en palabras de Thomas Collett, uno de los investigadores del estudio, de la University of Portsmouth, investigación publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Se encuentra cerca del límite superior teórico de lo posible en el universo. Es 10 000 veces más pesado que el agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Existe en una de las galaxias más masivas jamás observadas, la Herradura Cósmica, cuya magnitud distorsiona el espacio-tiempo y deforma la luz que pasa de una galaxia de fondo, convirtiéndola en un gigantesco anillo de Einstein con forma de herradura.

Fue detectado mediante una combinación de lentes gravitacionales y cinemática estelar(el estudio del movimiento de las estrellas dentro de una galaxia y la velocidad y la forma en que se mueven alrededor de los agujeros negros).

Collett explicó que "Detectamos el afecto del agujero negro de dos maneras: altera la trayectoria de la luz al pasar junto a él y provoca que las estrellasen las regiones internas de su galaxia anfitriona se muevan extremadamente rápido (casi 400 kilómetros por segundo)".

Su detección se basó exclusivamente en su inmensa atracción gravitatoria y el efecto que tiene en su entorno.

Y una característica más es que la Herradura Cósmica es un grupo fósil. Estos son el estado final de las estructuras gravitacionalmente ligadas más masivas del universo, que surgen al colapsar en una única galaxia extremadamente masiva, sin compañeras brillantes.

Foto da detalles de la estrella más lejana jamás vista

En las fotos del Webb se aprecia Earendel. A la izquierda en el redueadro la región del espacio donde se encuentra el Arco del Sol Naciente. Foto Webb/Nasa/ESA

Hace mucho tiempo murió, pero apenas se acaba de ver cómo era. Hasta sus colores. Sí, era o es la estrella Earendel, la más lejana que ha podido ver el ser humano, estrella que nación cuando el universo solo tenía 1000 millones de años.

El telescopio espacial Webb la vio. Ya había sido descubierta, pero no se conocían mayores detalles. Se pudo precisar de qué tipo era y hasta datos de la galaxia que la rodeaba. 

Al mirar al cielo siempre miramos al pasado. La luz de las estrellas tardan años, siglos, cientos de millones, miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Earendel fue una de las primeras estrellas del universo. Conocerla permite indagar sobre cómo era este al comienzo de los tiempos.

Pues bien, ¿qué se deduce de esta mirada del Webb? Lo primero que se debe decir es que no se vio directamente. Está detrás de galaxias masivas, pero un efecto previsto en la teoría de Einstein la ¿acerca'. Se trata de los lentes gravitacionales. Cuerpos masivos delante de un objeto actúan como un lente y así se puede ver lo que hay detrás.

Earendel está situada en la galaxia del Arco del Sol Naciente y se detecta gracias a la combinación de la tecnología y el lente gravitacional. Hubble la había visto pero con el detalle en que aparece ahora con el Webb. Se observa gracias al masivo cúmulo de galaxias situado por delante, WHL137-08. Es tan masivo que dobla la fábrica del espacio generando el lente gravitacional.

Se trata de una estrella masiva, del tipo B en la clasificación estelar, más del doble más caliente que nuestro Sol y cerca de un millón de veces más masiva.

Earendel solo aparece como un punto de luz en la cámara de alta resolución del infrarrojo del telescopio Webb. Está magnificada 4000 veces. Es la estrella más lejana que se ha detectado. Y sí, ya debió morir, pues nació muy rápido y además mientras más masiva es una estrella más rápido agota su combustible y muere.

Los astrónomos no esperaban encontrar ninguna compañía junto a Earendel, pero con base en los colores de esta hay señales de otra estrella que la acompaña, rojiza y fría.

Estas estrellas están deformando el espacio-tiempo

Dibujo de cómo objetos masivos doblan el espacio-tiempo. 

Parecía un acto de magia, pero era una comprobación, una vez más, de la teoría general de la Relatividfad de Albert Einstein.

Fue en el verano de 2016 cuando astrónomos observaron una estrella a 2500 años luz hacia la constelación del Cisne, Gaia 16aye, que tuvo un gran destello, como preparándose para estallar en una supernova.

Al día siguiente, su brillo era normal. Un ciclo que se repitió durante varias semanas: aumentaba brillo repentinamente y al otro día como si nada hubiera pasado volvía a la normalidad.

En un año se repitió una y otra vez, llegando a cinco veces en 500 días.

¿Qué diablos ocurría? “Era un comportamiento inusual”, explicó Łukasz Wyrzykowski, quien estudió esa estrella en el Observatorio Astronómico de University of Warsaw, Polonia. No era una supernova. Nunca lo fue.

Un estudio publicado en el journal Astronomy and Astrophysics, tiene la posible explicación: un sistema binario de estrellas (una girando alrededor de la otra) está deformando el espacio-tiempo frente a Gaia 16 aye, creando unos lentes gravitacionales: amplifican la luz de la estrella cuando pasa por detrás de ellas.

Son estrellas invisibles desde la Tierra.

Este efecto de lupa, cuando objetos masivos parecen doblar el espacio-tiempo a su alrededor, se conoce como lentes gravitacionales y fue predicho por aquella teoría.

Los astrónomos usan el fenómeno para tener una mirada más cercana de algunas de las estrellas más viejas, galaxias y objetos en el universo, pero ese efecto también puede revelar las propiedades de objetos mucho más cercanos y tenues.

Resuelto el misterio.

Detectan una de las primeras galaxias del universo

Ilustración de cómo debe ser la galaxia primitiva. Imagen NRAO/AUI/NSF, B Saxton

Una reliquia viviente. En una proeza técnica, astrónomos captaron una galaxia polvorienta cuando el universo solo tenía 970 millones de años, denominada Mambo-9.
Es la primera vez que se observa una galaxia tan lejana sin la ayuda de los lentes gravitacionales (*).
Estas galaxias polvorientas son las más intensas creadoras de estrellas en el universo: forman estrellas a una tasa de miles de veces la masa del sol por año. En contraste, nuestra galaxia, la Vía Láctea solo forma unas tres estrellas anuales.
No se creía que galaxias tan monstruosas se hubieran formado tan pronto en el universo (este tiene unos 13 800 millones de años), pero han siso observadas varias, cuando el cosmos tenía menos de 1000 millones de años.

Imagen real en ondas de radio de la galaxia polvorienta. Foto Alma (ESO/NAOJ/NRAO)

Se cree que por lo tanto tienen un papel importante en la evolución del universo y son difíciles de observar en vista directa: la luz de sus estrellas está oculta en nubes de polvo, recordó Caitlin Casey, de University of Texas,Austin.
El hallazgo, hecho con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) en longitud de onda de radio, fue publicado en The Astrophysical Journal.

(*): Una lente gravitacional se forma cuando la luz procedente de objetos distantes y brillantes se curva alrededor de un objeto masivo situado entre el emisor y el receptor. Así se logran ver objetos que en forma directa sería casi imposible.