Imagen de la galaxia que albergó a la estrella primordial Eärendel. / Wikimedia Commons / NASA.

Con ustedes: Eärendel, la estrella más lejana que se haya detectado

La estrella Eärendel, bautizada así por un poema de Tolkien, existió cuando el universo era joven, pero desapareció tras una gran explosión. Sin embargo, su luz ha viajado 12.900 millones de años hasta ser detectada ahora en la Tierra. El descubrimiento supera el anterior récord de distancia que tenía Ícaro, otra estrella observada también por el Hubble pero a 9.000 millones de años luz. Como señala el investigador y profesor Óscar del Barco Novillo: este descubrimiento no sólo es un hito en el estudio del universo, también puede enseñarnos mucho sobre los primeros instantes de él.


El telescopio Hubble detecta la estrella más lejana: Eärendel

Un equipo internacional de astrónomos, liderado por Brian Welch de la Johns Hopkins University (USA), ha detectado Eärendel, la estrella más lejana jamás observada. El hallazgo lo publican en la revista Nature.

“Eärendel existió en los primeros mil millones de años del universo, durante el Big Bang, y su luz ha viajado 12.900 millones de años hasta llegar a la Tierra”, explica uno de los autores, José María Diego, investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC/España).

La estrella ya no existe, explotó hace millones de años, pero su luz fue tan potente que aún es visible y la ha detectado el telescopio espacial Hubble. Brillaba cuando el universo era joven, tan solo mil millones de años tras el big bang (que ocurrió hace 13.800 millones de años) y fue mucho más masiva y brillante que el Sol.

El descubrimiento de Eärendel supera por mucho el hallazgo de la estrella más lejana observada hasta la fecha: Ícaro, detectada en 2018 por el telescopio espacial Hubble a 9.000 millones de años luz. También se abre una ventana a conocer cómo fueron los primeros tiempos del universo y el origen de las primeras formaciones estelares.

“Su hallazgo supone un gran salto atrás en el tiempo si se compara con el anterior récord de Ícaro; permite remontarse mucho más atrás en el origen del universo”, destaca Diego; de hecho, Eärendel “es la estrella más lejana que conocemos, aunque ya no exista. Explotó hace tiempo pero aún vemos la luz que nos llega de ella. La hemos podido detectar gracias a que está magnificada por un cúmulo de galaxias; si no, sería imposible”.

La estrella recibe su nombre del poema “El viaje de Eärendel”, la estrella vespertina, escrito en 1914 por John Ronald Reuel Tolkien, autor de El señor de los anillos, que se inspiró en la mitología anglosajona.

Una estrella amplificada por lentes gravitacionales

A medida que el universo se expande, la luz de los objetos lejanos se estira o desplaza a longitudes de onda más largas mientras se acercan a la Tierra. Hasta ahora, los objetos observados a una distancia tan grande responden a cúmulos de estrellas incrustados dentro de las primeras galaxias.

“Normalmente, a estas distancias, las galaxias se ven como pequeñas manchas, porque la luz de millones de estrellas se mezcla”, indica Diego, “y la galaxia que alberga a Eärendel ha sido magnificada y distorsionada por lentes gravitacionales”.

“Igual que un vidrio curvado deforma la imagen cuando miramos a través suyo, una lente gravitacional amplifica la luz de objetos muy lejanos y alineados detrás de un cúmulo de galaxias. Estas galaxias son las que desvían la luz de astros lejanos debido a que su enorme masa deforma el espacio-tiempo a su alrededor”, explica el investigador.

La galaxia que alberga a la estrella Eärendel ha sido magnificada y distorsionada por lentes gravitacionales. / NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI) – B. Welch et al./Nature

El equipo estima que Eärendel tendría al menos 50 veces la masa del Sol, y que sería mucho más brillante que éste, rivalizando así con las estrellas más masivas conocidas.

“Estas estrellas primordiales (que se forman a partir de los elementos que se forjaron poco después del big bang: hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio), hasta ahora han eludido a los observadores, pero ahora podrían detectarse si se observan mediante lentes gravitacionales de gran aumento, como en el caso de Eärendel”, comenta Welch.

“Son de primera generación y apenas sabíamos nada de ellas. A partir de ahora, con estrellas como esta, podremos estudiarlas en detalle con telescopios como el James Webb. De hecho, ya existe un programa de observación aprobado por la NASA y en el que participamos”, añade.

“Estudiar a Eärendel será una ventana a una era del universo con la que no estamos familiarizados, pero que condujo a todo lo que conocemos. Es como si hubiéramos estado leyendo un libro interesante, pero comenzamos en el segundo capítulo y ahora tenemos la oportunidad de ver cómo comenzó todo”, completa Welch.

Por su parte, la investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y coautora, Yolanda Jiménez Teja, explica que “para predecir si el brillo de Eärendel se mantendrá en los próximos años o si es temporal, se necesita estimar la masa de todas las estrellas que se encuentran en la línea de visión entre nosotros y Eärendel”.

La esperada aportación del James Webb

Dado que los datos apuntan a que el brillo de la estrella seguirá durante años, el siguiente paso sería estudiarla con el telescopio espacial James Webb. Los astrónomos esperan que en 2022 Eärendel pueda verse cada vez más ampliada con este observatorio, lanzado a finales de 2021 y liderado por las agencias espaciales estadounidense, europea y canadiense (NASA/ESA/CSA).

“Las imágenes y los espectros de Webb nos permitirán confirmar que Eärendel es de hecho una estrella y acotar su edad, temperatura, masa y radio”, explica Diego. Welch añade que “combinar las observaciones de Hubble y Webb permitirá aprender también sobre las microlentes en el cúmulo de galaxias, que podrían incluir objetos exóticos como los agujeros negros primordiales”.

Además, con el telescopio se podrá saber más sobre la composición de esta estrella, un tema de especial interés para los astrónomos porque se formó antes de que el universo se llenara de elementos pesados, producidos por varias generaciones de estrellas masivas.

“Vamos a aprender muchas cosas: obtendremos el espectro, es decir, la huella digital de una estrella, nos dirá qué edad tiene, hace cuánto que nació, cuánto tiempo de vida tenía cuando se emitió la luz que vemos ahora, su metalicidad o los elementos que la componen”, concluye Diego.

Sí: es emocionante.

[Fuente: CSIC / Redacción SdE] 

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Lo que el descubrimiento de la estrella Eärendel nos enseña sobre los primeros instantes del universo

Óscar del Barco Novillo

Eärendel es la estrella individual más lejana jamás observada hasta la fecha. Debe su nombre al poema escrito por Tolkien en 1914, “El viaje de Eärendel”, inspirado en la mitología anglosajona. Pero ¿qué puede enseñarnos una estrella que ya ni siquiera existe sobre la vida y muerte de sus congéneres? ¿Y sobre el Big Bang?

Según los cálculos de los autores de este importante descubrimiento, publicado en la revista Nature, Eärendel tendría 50 veces la masa del Sol y se habría formado 900 millones de años después del Big Bang. En realidad, supone un tiempo pequeño en comparación con la edad del universo, de unos 13 800 millones de años.

Ubicación de la estrella Eärendel en el Universo profundo.

Esto implicaría que la luz emitida por esta estrella tan antigua, recogida por el telescopio espacial Hubble, habría viajado durante unos 12 800 millones de años. En ese tiempo Eärendel ha dejado de existir: explotó en algún momento del pasado, cuando agotó su combustible estelar.

Antes de adentrarnos en las posibles consecuencias de este descubrimiento vamos a revisar algunos aspectos básicos sobre la vida y evolución de una estrella.

Evolución estelar

Podemos imaginar la vida de una estrella como la de un ser vivo: a medida que envejecen, sufren cambios en su estructura y composición.

Una estrella se origina cuando las nubes moleculares (que son regiones galácticas abundantes en hidrógeno a muy baja temperatura) colapsan debido a su propia atracción gravitatoria, fragmentándose en trozos de menor tamaño.

Cuando la densidad y la temperatura de estos fragmentos es suficientemente alta, se desencadena una reacción de fusión nuclear. Esto libera una cantidad ingente de radiación, además de transformar el hidrógeno en helio.

Mientras la estrella posea suficiente cantidad de hidrógeno para poder quemar, la presión de la radiación emitida podrá compensar la gravedad de la propia estrella, que tiende a contraerla. Nos encontramos entonces en la etapa más larga de la vida de una estrella, la denominada secuencia principal. Esta supone el 90 % de toda su existencia.

A medida que la estrella va agotando su reserva de hidrógeno, esta genera nuevos elementos químicos en su interior (carbono, neón y oxígeno, entre otros). La estrella envejece y presenta cambios en su composición y tamaño. Así llega a transformarse en estrella enana, gigante o supergigante.

La siguiente animación —enlace aquí— muestra una comparativa del tamaño de diferentes estrellas con distintas etapas en su evolución estelar.

Su desenlace final es también diferente, dependiendo de la masa: las estrellas más masivas explotarán en forma de supernovas (dejando tras de si una estrella de neutrones o un agujero negro) mientras que las de menor masa se convertirán en enanas blancas.

¿Cómo ha sido detectada esta estrella?

Eärendel completó su evolución estelar y, por lo tanto, no existe en la actualidad.

Pero, ¿cómo ha podido detectarse una estrella individual tan lejana de nosotros y tan cercana a los primeros instantes del universo?

Hasta la fecha, las observaciones astronómicas de objetos tan lejanos correspondían a agrupaciones de estrellas (cúmulos estelares) incrustados en las galaxias más primitivas. Es decir, no se podía distinguir estrellas individuales a tan enormes distancias.

Sin embargo, existe la posibilidad, como ha sido el caso con Eärendel, de que la luz emitida por esta estrella tan lejana se encuentre en su camino hacia la Tierra con objetos muy masivos (como, por ejemplo, cúmulos de galaxias). Como consecuencia, la luz procedente de Eärendel ha sido amplificada y distorsionada por estos objetos hasta ser finalmente detectada por el telescopio espacial Hubble.

Esquema representativo del efecto lente gravitacional.

Este fenómeno recibe el nombre de lente gravitacional y es un efecto derivado de la teoría general de la relatividad de Einstein. El proceso equivalente en óptica consistiría en la deformación de la imagen de un objeto cuando miramos a través de una lente.

La siguiente simulación explica este fenómeno en detalle. Un objeto muy masivo (por ejemplo, un agujero negro) se mueve de izquierda a derecha en la figura, delante de un fondo formado por un cúmulo galáctico.

La luz procedente de estas galaxias sufre el efecto de lente gravitacional cuando pasa cerca del agujero negro y la imagen que observamos se percibe distorsionada y amplificada. [Video-simulación, aquí.]

En consecuencia, Eärendel se ha podido observar gracias al efecto de lente gravitacional generado por el cúmulo de galaxias denominado WHL0137-08, situado a 5 500 millones de años luz de nosotros, además de a una adecuada y afortunada alineación con la Tierra.

Por qué es importante el descubrimiento

El hecho de haber detectado la luz de una estrella tan antigua nos remonta inequívocamente a los primeros momentos del Universo, cuando las estrellas primordiales estaban formadas por los elementos químicos más sencillos como el hidrógeno, el helio y el litio.

Se trata de poblaciones estelares de tipo III (estrellas muy calientes y prácticamente sin metales) o tipo II (con muy baja concentración de elementos más pesados que el helio). Se cree que Eärendel puede ser una estrella de Población II.

Cabe recordar que este descubrimiento ha sido realizado por el antiguo telescopio espacial Hubble. Hasta la fecha, tales estrellas tempranas habían sido invisibles de forma individualizada. Será su sucesor, el telescopio espacial James Webb, el que permita mirar aún más lejos y más temprano en el universo.

[Óscar del Barco Novillo: Ciencias Físicas (Universidad de Granada), doctorado en Física (Universidad de Murcia). Profesor asociado en el área de Óptica, Universidad de Murcia. / Fuente: The Conversation; texto reproducido bajo la licencia Creative Commons.]

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