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El telescopio espacial Hubble descubre la estrella más lejana hasta el momento.

Un telescopio es una máquina del tiempo. Cuando más lejos miremos, más atrás en el tiempo nos remontaremos.

Si en un hipotético universo estático observáramos un objeto situado a 10000 millones de años luz, lo veríamos tal y cómo era hace 10000 millones de años. Esto se debe a que la velocidad de la luz es finita.

Pero nuestro Universo es dinámico y se va expandiendo. Esto no se nota mucho en nuestro vecindario galáctico, pero sí a distancias cosmológicas. El Universo tiene una edad de 13800 millones de años, por lo que se ha expandido, y mucho, desde entonces.

Una estrella cuya luz haya estado viajando 12800 millones de años ya se tiene que encontrar a más de 27 mil millones de años luz de la Tierra debido a esta expansión, si es que todavía existe, claro.

Al poco de darse el Big Bang el Universo estaba lleno de un plasma de radiación, nucleones y electrones libres. Una vez se enfrió lo suficiente, en la época de la recombinación (unos 380 000 años tras el Big Bang), se pudieron formar los átomos, el Universo se hizo transparente por primera vez y la luz pudo viajar libremente. Como estaba a unos 3000 K se tenía la emisión de un cuerpo negro a esa temperatura y la luz que había era similar a la de una bombilla de incandescencia tradicional. La longitud de onda de esa luz se fue alargando hasta que en la actualidad está en la gama de las microondas. Es la radiación que vemos en el fondo cósmico de microondas y nos muestra cómo era el Universo a los 380 000 años de aparecer.

Después de ese tiempo vino la era de la oscuridad en donde no había luz visible. Así que, a nuestros ojos, el Universo debería ser negro.

Pero en un momento dado la materia se enfrió lo suficiente como para poder condensarse en forma de estrellas. Estas estrellas llenaron entonces el Universo de luz por primera vez. Estas estrellas constituirían lo que se ha llamado Población III.

Pero ver esta luz o estas estrellas es muy complicado, tanto, que se ha diseñado un nuevo telescopio espacial para poder verlas: el James Webb.

Mientras afinan este telescopio espacial, nos tenemos que conformar con el uso del Hubble y algún que otro truco, en concreto el uso de las lentes gravitatorias.

La Relatividad General concibe el espacio-tiempo como un ente elástico que se puede deformar. De este modo, la gravedad no sería más que la deformación del espacio-tiempo por la presencia de masa o energía. Así, los objetos sujetos al campo gravitatorio de un objeto masivo seguirían geodésicas en ese espacio-tiempo curvo, que serían las trayectorias locales más cortas en ese espacio-tiempo curvo. La luz también se vería afectada por el fenómeno y seguiría esas mismas geodésicas. Esto es algo que se puede comprobar durante un eclipse de Sol, pues las posiciones aparentes de las estrellas cambian según el disco solar se sitúa en nuestra visual con las estrellas, tal y como en su día mostró Arthur Eddington.

Esto puede darse a escala cosmológica cuando consideramos galaxias. Una galaxia, o cúmulo de galaxias, que esté en primer plano (aunque esté lejos de nosotros) puede actuar como una lente gravitatoria. Entonces deformará el espacio-tiempo que le rodea y, por lo tanto, desviará la luz de objetos que estén aún más lejos en el fondo, incluso magnificando su imagen, sean galaxias lejanas o quasars, que son los núcleos muy brillantes de galaxias primitivas y lejanas. Bajo nuestro punto de vista, estos quasars se asemejan a estrellas puntuales, pero no lo son.

Dependiendo de la alineación entre la galaxia que esté en primer plano, el quasar lejano y nosotros, se pueden observar distintos efectos de lente gravitatoria. Si esta alineación es perfecta veremos el quasar como una circunferencia alrededor de la galaxia. Si se desvía de esta disposición perfecta se pueden apreciar arcos, pero también se puede ver el quasar varias veces formando lo que se llama una cruz de Einstein.

Sabemos que esas imágenes distorsionadas que hay alrededor de una lente gravitacional proceden de la misma galaxia lejana o del mismo quasar porque sus espectros son idénticos, pero estos difieren de los de las galaxias del cúmulo que están en primer plano.

Las lentes gravitatorias nos dan la oportunidad de estudiar varios fenómenos, además de la propia Relatividad General, desde evaluar la materia oscura a calcular la constante de Hubble.

Pero no solamente se pueden observar quasares lejanos con este tipo de telescopios de tamaño galáctico. En contadas ocasiones se puede incluso ver estrellas.

La luz de una de esta estrella ha estado viajando 12800 millones de años, fue amplificada por la lente gravitacional del enorme cúmulo de galaxias WHL0137-08 y ha sido detectada recientemente por el telescopio espacial Hubble. Hemos conseguido ver una estrella tal y como era solo 900 millones de años después del Big Bang. El universo tenía entonces el 7 por ciento de su edad actual y 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, no estrellas individuales.

Debido a su edad no parece que esta estrella sea parte de la primera generación de estrellas, la mítica Población III. Pero harán falta más observaciones para confirmarlo.

Obviamente la estrella desapareció hace mucho tiempo, pero la máquina del tiempo que hemos mencionado al principio ha vuelto a funcionar y nos muestra el pasado remoto de esa estrella, lo que proporciona una ventana potencialmente valiosa al Universo primitivo.

La galaxia en la que reside esta estrella recibe el sobrenombre de Arco del Amanecer, por su forma, y los investigadores han llamado a la nueva estrella Earendel, que en inglés antiguo significa «estrella de la mañana» o «luz naciente». Este nombre ya aparece en un poema del siglo X y este poema inspiró a Tolkien para crear el personaje de Eärendil que aparece en el Silmarillion.

«Al principio casi no nos lo creíamos. Estaba mucho más lejos que la anterior estrella de mayor desplazamiento al rojo más distante», dice Brian Welch (Universidad Johns Hopkins en Baltimore).

«Normalmente, a estas distancias, las galaxias enteras se ven como manchas pequeñas, donde se mezcla la luz de millones de estrellas. La galaxia que alberga esta estrella ha sido ampliada y distorsionada por lentes gravitacionales hasta formar una larga media luna que llamamos el Arco del Amanecer», añade.

El cúmulo galáctico que hace las veces de lente no es homogéneo, como casi cualquier otro. Por tanto, el efecto de lente no es perfecto. En este caso se produce un fenómeno muy similar a las cáusticas. Es precisamente a lo largo de una línea de cáustica en donde se tiene una máxima magnificación y es entonces cuando es posible ver un objeto tan pequeño.

Se ha puesto una cota superior al tamaño de la estrella de 2,3 años luz. Aunque cualquier estrella es inferior a eso, nos sirve para descartar que se trate de un cúmulo de estrellas.

Los investigadores han calculado que esta estrella tiene una masa de entre 50 y 100 veces la masa del sol. Pero, además de este dato con esa barra de error, hay otras incógnitas, como cómo será su espectro o cuánto ha sido magnificada su luz por la lente gravitatorias. Para resolver estas cuestiones se necesitan más observaciones.

Los astrónomos esperan que Earendel permanezca muy magnificada en los próximo años debido a este fenómeno de lente gravitacional, por lo que todavía quedan oportunidades para su observación. A los investigadores se les ha otorgado tiempo de observación en el Telescopio Espacial James Webb para examinar Earendel y descubrir, entre otras cosas, su verdadero tamaño y temperatura.

Nuevas observaciones de esta misma estrella podrían permitir a los investigadores determinar las diferencias entre las estrellas de entonces de las que se formaron más recientemente.

Dependiendo de su tamaño real, Earendel también podría ayudar a resolver el misterio de cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo, pues si resulta ser una estrella muy masiva entonces podría ser el tipo de objeto que podría formar un agujero negro intermedio que podría ser la semilla de un agujero negro supermasivo.

Usar el telescopio espacial James Webb de la NASA es una gran ventaja, pues su alta sensibilidad a la luz infrarroja es necesaria para aprender más sobre Earendel, ya que su luz se ha corrido al rojo hasta longitudes de onda infrarrojas (más largas) debido a la expansión del universo.

Se espera medir su brillo, temperatura composición. La composición de Earendel será de gran interés para los astrónomos, porque se formó antes de que el Universo se llenara con los elementos pesados producidos por las sucesivas generaciones de estrellas masivas. Si los estudios posteriores encuentran que Earendel está compuesta solamente de hidrógeno y helio primordiales, entonces sería la primera prueba de las legendarias estrellas de Población III, que se supone que son las primeras estrellas nacidas después del Big Bang.

«Earendel existió hace tanto tiempo que es posible que no haya tenido las mismas materias primas que las estrellas que nos rodean hoy en día. Estudiar Earendel 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 muy interesante, pero comenzando por el segundo capítulo, y ahora tendremos la oportunidad de ver cómo comenzó todo», dice Welch.

En todo caso, hay que ser conscientes de que en todo caso este objeto es un candidato a estrella que habrá que confirmar en el futuro.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: NASA.