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ASTRONOMÍA. Estrellas ocultas en medio del universo: el asombroso descubrimiento del telescopio Webb

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En este detalle ampliado de la imagen del Hubble de Abell 370, la galaxia anfitriona donde se descubrieron las 44 estrellas aparece varias veces: en una imagen normal (izquierda) y en una imagen distorsionada que aparece como una mancha de luz muy extendida. Fuente: NASA

Se fotografiaron más de 40 estrellas en una galaxia a miles de millones de años luz de distancia, ofreciendo una visión de una era en la que el universo tenía sólo la mitad de edad que ahora.

12 enero 2025.- Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb han logrado una hazaña monumental en el campo de la astronomía al observar estrellas individuales en una galaxia a más de 6.500 millones de años luz de distancia. Este hito, posible gracias al efecto de lente gravitacional y a la sensibilidad del telescopio, no solo desafía los límites de observación anteriores, sino que también abre nuevas vías para comprender la estructura del universo y los misterios de la materia oscura.


Durante mucho tiempo se creyó que era imposible ver estrellas individuales en la mitad del universo observable, como si se utilizaran binoculares para detectar granos de polvo en la Luna. Pero un equipo internacional de astrónomos, dirigido por investigadores del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, logró justamente eso gracias a un extraordinario fenómeno cósmico.


Utilizando el telescopio espacial James Webb ( JWST ) de la NASA , el equipo observó una galaxia situada a casi 6.500 millones de años luz de la Tierra, en una época en la que el universo tenía solo la mitad de su edad actual. En esta galaxia distante, identificaron una sorprendente cantidad de estrellas individuales, que se hicieron visibles gracias a los efectos combinados de la lente gravitacional (una ampliación natural causada por objetos masivos que desvían la luz) y el excepcional poder de recolección de luz del JWST.


Sus hallazgos, publicados el 6 de enero en Nature Astronomy , establecieron un nuevo récord: el mayor número de estrellas individuales jamás detectado en el universo distante. Este avance también ofrece una nueva vía para explorar uno de los mayores enigmas del cosmos: la materia oscura.


Gracias a la lente gravitacional, los astrónomos pudieron obtener imágenes directas de estrellas a una distancia enorme de 6.500 millones de años luz, resaltadas por marcas en forma de cruz en esta imagen de primer plano de Abell 370 tomada con el telescopio espacial James Webb. Fuente: Yoshinobu Fudamoto/NASA



La mayoría de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea , albergan decenas de miles de millones de estrellas. En galaxias cercanas como Andrómeda, los astrónomos pueden estudiar las estrellas individualmente. Pero en galaxias a miles de millones de años luz de distancia, las estrellas se difuminan y su luz viaja durante eones antes de llegar hasta nosotros. Esta fusión ha planteado un desafío importante para los científicos que intentan comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias.


Los recientes avances en astronomía han abierto nuevas posibilidades aprovechando el efecto de lente gravitacional, un efecto de aumento natural causado por los fuertes campos gravitacionales de los objetos masivos. Como predijo Albert Einstein, las lentes gravitacionales pueden amplificar la luz de estrellas distantes en factores de cientos o incluso miles, lo que las hace detectables con instrumentos sensibles como el JWST.


El halo masivo, pero invisible, de materia oscura de un cúmulo de galaxias funciona como una “macrolente”, mientras que las estrellas solitarias y sueltas que se desplazan por el cúmulo actúan como “microlentes” adicionales, multiplicando el factor de aumento. Fuente: Yoshinobu Fudamoto



“Estos hallazgos se han limitado a una o dos estrellas por galaxia”, dijo Fudamoto. “Para estudiar las poblaciones estelares de una manera estadísticamente significativa, necesitamos muchas más observaciones de estrellas individuales”.


Fengwu Sun, un ex estudiante de posgrado de la U of A que ahora es investigador postdoctoral en el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, se topó con un tesoro de tales estrellas cuando inspeccionaba imágenes del JWST de una galaxia conocida como el Arco del Dragón, ubicada a lo largo de la línea de visión desde la Tierra detrás de un cúmulo masivo de galaxias llamado Abell 370. Debido a su efecto de lente gravitacional, Abell 370 estira la espiral característica del Arco del Dragón en una forma alargada, como una sala de espejos de proporciones cósmicas.


En diciembre de 2022 y 2023, el JWST obtuvo dos fotografías del Arco del Dragón. En estas imágenes, los astrónomos contaron 44 estrellas individuales cuyo brillo cambió con el tiempo debido a variaciones en el paisaje de lentes gravitacionales.


Este descubrimiento revolucionario demuestra, por primera vez, que es posible estudiar un gran número de estrellas individuales en una galaxia distante, siempre y cuando la naturaleza esté ahí para echar una mano.


Abell 370, un cúmulo de galaxias ubicado a casi 4 mil millones de años luz de la Tierra, presenta varios arcos de luz, incluido el "Arco del Dragón" (abajo a la izquierda del centro). Estos arcos son causados ​​por el efecto de lente gravitacional: la luz de galaxias distantes que se encuentran muy detrás del cúmulo de galaxias masivo que se dirige hacia la Tierra se desvía alrededor de Abell 370 debido a su enorme gravedad, lo que da como resultado imágenes distorsionadas. Fuente: NASA, ESA, R. Bouwens y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz)



Sin embargo, ni siquiera un aumento gravitacional extremadamente fuerte de un cúmulo de galaxias es suficiente para magnificar estrellas individuales en galaxias aún más lejanas. En este caso, el descubrimiento fue posible gracias a una alineación fortuita de “estrellas de la suerte”.


Dentro del cúmulo de galaxias, hay muchas estrellas flotando que no están limitadas por ninguna galaxia. Cuando una de ellas pasa por delante de la estrella de fondo en la galaxia distante a lo largo de la línea de visión con la Tierra, actúa como una microlente, además del efecto de macrolente del cúmulo de galaxias en su conjunto.


Los efectos combinados de macrolente y microlente aumentan drásticamente el factor de aumento, lo que permite al JWST detectar estrellas individuales que de otro modo estarían demasiado lejos y débiles para ser detectadas.


Como las estrellas dentro del cúmulo de estrellas se mueven en relación con las estrellas objetivo en la galaxia distante y la Tierra, la alineación de las microlentes en este "telescopio" natural cambia ligeramente en períodos cortos de tiempo, desde unos pocos días hasta una semana. Cuando están perfectamente alineadas, el brillo y el aumento de las estrellas distantes aumentan drásticamente, para luego volver a desaparecer poco después.


 El equipo de investigación analizó cuidadosamente los colores de cada una de las estrellas dentro del Arco del Dragón y descubrió que muchas son supergigantes rojas, similares a Betelgeuse en la constelación de Orión, que se encuentra en las etapas finales de su vida. Esto contrasta con descubrimientos anteriores, que identificaron predominantemente “supergigantes” azules similares a Rigel y Deneb, que se encuentran entre las estrellas más brillantes del cielo nocturno. Según los investigadores, esta diferencia en los tipos estelares también resalta el poder único de las observaciones del JWST en longitudes de onda infrarrojas que podrían detectar estrellas a temperaturas más bajas.


Se espera que futuras observaciones del JWST capten más estrellas magnificadas en la galaxia Dragon Arc. Estos esfuerzos podrían conducir a estudios detallados de cientos de estrellas en galaxias distantes. Además, las observaciones de estrellas individuales podrían proporcionar información sobre la estructura de las lentes gravitacionales e incluso arrojar luz sobre la naturaleza esquiva de la materia oscura.


Fuente: “Identification of more than 40 gravitationally magnified stars in a galaxy at redshift 0.725” by Yoshinobu Fudamoto, Fengwu Sun, Jose M. Diego, Liang Dai, et al., 6 January 2025, Nature AstronomyDOI: 10.1038/s41550-024-02432-3

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La Crónica del Henares: ASTRONOMÍA. Estrellas ocultas en medio del universo: el asombroso descubrimiento del telescopio Webb
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